KR100407885B1 - 노광방법 및 노광장치 - Google Patents

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Abstract

이미지의 콘트라스트에 관해서 상이한 패턴을 가지는 마스크의 패턴이미지로 레지스트를 노광하는 노광장치 및 방법에 있어서, 마스크의 패턴중 이미지의 보다 낮은 콘트라스트를 가지는 패턴의 이미지가 형성되는 위치는 보다 낮은 콘트라스트이미지보다 보다 높은 콘트라스트의 이미지로 노광됨으로써, 보다 낮은 콘트라스트의 패턴에 관한 노광량분포의 콘트라스트가 향상되는 것을 특징으로 한다.

Description

노광방법 및 노광장치{EXPOSURE METHOD AND EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 노광방법 및 노광장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 감광기판을 미세회로패턴으로 노광하는 노광장치에 관한 것이다. 본 발명의 노광방법 및 노광장치는 반도체칩(예를 들면, IC 또는 LSI), 표시디바이스(예를 들면, 액정패널), 검출기소자(예를 들면, 자기헤드) 또는 촬상소자(예를 들면, CCD) 등의 각종 디바이스를 제조할 때에 적합하게 사용할 수 있다.
포토리소그래피에 의거해서 IC, LSI 또는 액정패널 등의 디바이스를 제조할 때에는, 투영노광방법 및 투영노광장치를 사용하며, 이 때, 예를 들면, 포토레지스트가 도포된 실리콘웨이퍼 또는 유리판 등의 감광기판(이하, "웨이퍼")상에 투영광학계를 통해서 포토마스크 또는 레티클(이하, "마스크")의 회로패턴을 투영함으로써, 이 회로패턴을 상기 기판에 전사 또는 프린트하고 있다.
이러한 디바이스의 고집적화에 따라, 웨이퍼의 칩영역에 전사해야 할 패턴의 소형화와 더불어, 해상도의 향상, 칩영역의 대면적화가 요구되므로, 웨이퍼미세가공기술의 주류인 투영노광방법 및 투영노광장치에 있어서는, 해상도 및 노광면적을 향상시키는 시도가 행해져서 넓은 영역에 0.5㎛이하의 크기(라인폭)의 이미지를 형성할 수 있다.
도1은 종래의 투영노광장치의 개략도로서, 동 도면에서, (191)은 자외선노광용 광원, (192)는 조명광학계, (193)은 조명광, (194)는 마스크, (195)는 마스크로부터 방출되어 광학계(196)로 들어오는, 물체측상의 노광광, (196)은 축소투영광학계, (197)은 광학계(196)로부터 방출되어 웨이퍼(감광기판)(198)에 입사되는, 상측의 노광광, (199)는 감광기판을 유지하는 기판스테이지이다.
엑시머레이저(191)로부터 방출된 레이저광은 지향성 광학계에 의해 조명광학계(192)로 향함으로써, 예를 들면, 소정의 광강도분포, 배향분포 및 개방각(개구수NA)을 지닌 조명광(193)으로 변형된다. 이와 같이 해서 형성된 조명광(193)은 마스크(194)를 조명하고, 마스크(194)는 예를 들면, 석영기판상에 형성된 크롬의 미세패턴을 지닌다. 이 패턴은 웨이퍼(198)상에 형성하고자 하는 미세패턴의 크기에 대해서 투영광학계(196)의 투영배율의 역에 상당하는 크기(예를 들면, 2×,4× 또는 5×)를 지닌다. 조명광(193)은 마스크(194)를 통과하여 미세패턴으로 회절됨으로써, 물체측상의 노광광(195)을 형성한다. 투영광학계(196)는 물체측 노광광(195)을 이미지측 노광광(197)으로 변형시켜 마스크(194)의 미세패턴을 상기 투영배율로, 또 충분히 작은 수차로 웨이퍼(198)상에 결상시킨다. 도 1의 아래쪽의 확대도에 도시한 바와 같이, 이미지측 노광광(197)은 소정의 개구수 NA(=sinθ)로 웨이퍼(198)상에 집광됨으로써, 미세패턴의 이미지를 웨이퍼(198)위에 형성한다. 기판스테이지(199)는 투영광학계의 상면을 따라 단계적으로 이동하므로 웨이퍼(198)위의 상이한 영역(샷영역은 각각 1개 또는 복수의 칩을 형성하는 영역임)위에 미세패턴이 순차 형성된다.따라서, 기판스테이지(199)는 투영광학계(196)에 대해서 그의 위치를 변위시킨다.
상기와 같이 널리 보급된, 광원으로서 엑시머레이저를 지닌 투영노광장치에의하면, 실제로 0.15㎛이하의 패턴을 형성하기가 곤란하다.
투영광학계(196)는 노광광의 파장(이하 "노광파장")에 기인하는 초점심도 및 광학해상도와의 교환으로 인한 해상도의 제한을 지닌다. 투영노광장치의 해상도R과 초점심도 DOF는 레일레이의 방정식을 이용해서 이하의 식(1) 및 (2):
R = k1(λ/NA) ...(1)
DOF = k2(λ/NA2) ...(2)
(식중, λ는 노광파장, NA는 투영광학계(196)의 이미지측 개구수, 통상 k1및k2는 약 0.5 ~ 0.7임)로 표현할 수 있다. 식(1) 및 (2)로부터, 작은 해상도 R을 지니는 해상도의 개선은 NA를 확대("NA의 확대")함으로써 얻을 수 있는 반면, 실제의 노광에 있어, 투영광학계(196)의 초점심도 DOF는 소정치이이미지를 지녀야만 하기 때문에, 소정레벨을 초과한 "NA의 확대"는 실행할 수 없으므로, 해상도의 더한층의 개선은 노광파장λ의 단파장화("파장의 단파장화")를 필요로 한다.
그러나, 파장의 단파장화는 심각한 어려움을 초래한다. 즉, 투영광학계(196)에 이용가능한 렌즈유리재료가 없다. 거의 모든 유리재료는 원자외선영역에 대해서, 거의 0의 투과율을 지니고, 또, 특수제법에 따라 노광장치(노광파장 약 248nm)에 이용하기 위하여 특별히 제조된 유리재료로서 용융실리카가 있으나, 이러한 용융실리카의 투과율도 193nm이하의 노광파장에 대해서 상당히 저하된다. 따라서, 0.15㎛의 미세패턴에 상당하는, 노광파장 150nm이하의 영역에서 충분히 높은 투과율을 지니는 실제의 유리재료의 개발은 매우 곤란하다.
또한, 원자외선영역에 사용되는 유리재료는 투과율이외에, 예를 들면, 내구성, 굴절률의 균일성, 광학변형 및 가공성 등의 각종 조건을 어느 정도 만족시킬 필요가 있다. 이들 상황을 고려해서, 150nm이하의 노광파장영역에 사용하기 위한 실제의 유리재료의 개발은 쉽게 달성할 수 없다.
이상 설명한 바와 같은 투영노광방법 및 투영노광장치에 있어서, 노광파장의 약 150nm이하까지의 단파장화는 웨이퍼(198)상에 0.15㎛이하의 패턴형성의 달성을 필요로 하는 반면, 이러한 파장영역을 위한 실제의 유리재료의 입수가 불가능하므로, 사실상, 웨이퍼(198)상에의 0.15㎛이하의 패턴형성은 매우 곤란하다.
미국특허공보 제 5,415,835호에는 2개의 상호 간섭성의 광빔을 이용한 간섭노광(이하 "2중빔간섭노광")에 의거해서 미세패턴을 형성하고, 상호 간섭시켜 간섭무늬를 생성시키는 방법이 개시되어 있다. 이 2중빔간섭노광은 웨이퍼상에의 0.15㎛이하의 패턴형성을 달성할 수도 있다.
이하. 이러한 2중빔간섭노광의 원리에 대해 도 2를 참조해서 설명한다. 간섭성을 지니는 동시에 평행광속으로 이루어진 레이저(151)로부터의 레이저광은 반투명거울(152)에 의해 2개의 광빔으로 분할된다. 이들 2개의 광빔은 각각 평면거울(153)에 의해 반사됨으로써, 이들 레이저광빔(간섭성 평행광속)은 서로 90도이하의 소정각으로 교차하고, 이에 따라 교점에서 간섭무늬가 생성된다. 이 간섭무늬(그의 광강도분포)로 웨이퍼(154)가 노광됨으로써, 간섭무늬의 광강도분포에 대응하는 미세주기패턴(주기적 노광량분포)이 웨이퍼위에 형성된다. 이 웨이퍼에 대한 순차 현상에 의해, 웨이퍼위에 미세주기적 레지스트마스크(에칭용)가 형성된다.
도 2에 있어서, 2개의 광빔을 웨이퍼면에 대한 법선에 대해, 서로 반대방향에서 동일각도로 경사지게 하면서 상호 웨이퍼면위에 교차시키면, 이 2중빔간섭노광에 의한 해상도 R은 이하의 식(3):
R = λ/(4sinθ)
= λ/4NA
= 0.25(λ/NA) ...(3)
(식중, R은 간섭무늬의 밝은 부분과 어두운 부분의 라인폭, 즉 주기패턴을 구성하는 선과 공간의 라인폭, θ는 상면에 대한 2개의 빔의 경사각(절대값)을 나타냄)으로 표현할 수 있다. sinθ는 투영노광에 있어서의 광학계의 이미지측 개구수에 상당하므로, sinθ= NA로 표시된다.
통상의 투영노광에 있어서의 해상도용의 식(1)과 2중빔간섭노광에 있어서의 해상도용의 식(3)을 비교해 보면, 2중빔간섭노광에 있어서의 해상도 R은, 식(1)에 있어서 k1=0.25를 대입한 경우에 상당하므로, 2중빔간섭노광은 k1=0.5 내지 0.7인 경우의 통상의 투영노광의 해상도보다도 2배이상 높은 해상도를 얻을 수 있는 것으로 보인다.
상기 미국특허공보에는 기재되어 있지 않지만, R =0.10㎛는, 예를 들면 λ=0.248nm(KrF엑시머레이저) 및 NA =0.6에 의해 얻을 수 있다.
그러나, 이 2중빔간섭노광에 의해 얻을 수 있는 것은 기본적으로 단지 간섭무늬의 광강도분포에 상당하는 단순주기패턴(노광량분포)일 뿐, 상기 2중빔간섭노광에 의해서는 회로패턴과 같은 복잡한 패턴을 형성할 수는 없다.
또, 미국특허공보 제 5,415,835호에는 다음과 같은 방법이 제안되어 있다. 즉, 먼저, 2중빔간섭노광장치를 사용해서 간섭무늬를 통해 웨이퍼의 레지스트에 단순(주기)노광량분포를 인가하고, 그후 별도의 노광장치를 사용해서 간섭무늬의 밝은 부분에 대응하는 레지스트의 부분을 마스크의 개구부의 이미지에 노출시킴으로써 이 부분에 소정의 노광량을 인가한다(2중노광). 이로써, 간섭무늬의 복수의 밝은 부분의 특정라인부분만의 노광량이 레지스트의 임계치를 넘어 균일하게 확대된다. 따라서, 현상후, 분리된 라인(레지스트패턴)이 생성된다.
그러나,미국특허공보 제 5,415,835호에 제안된 상기 2중노광방법에 의하면, 2중빔간섭노광에 의해 형성될 수 있는 줄무늬패턴의 일부를 구성하는 단순한 형상의 회로패턴만 얻을 수 있을 뿐이다. 한편, 통상의 회로패턴은 각종 라인폭과 각종 배향을 지닌 많은 형태의 패턴의 조합으로 이루어져 있으므로, 회로패턴과 같은 복잡한 패턴을 생성할 수는 없다.
또한, 일본 특허공개공보 제 253649/1995호에는 상기 미국특허공보 제 5,415,835호의 것과 유사한 미세분리패턴을 형성할 수 있는 2중노광방법이 개시되어 있다. 이 2중노광방법에 의하면, 통상의 투영노광장치를 이용해서 웨이퍼의 레지스트상의 동일영역에 대해 위상시프트패턴에 의거한 2중빔간섭노광과 미세개방패턴(이 노광장치에 의해 분해불가능한 것임)의 이미지에 의거한 노광의 양쪽을 행하고 있고, 이들 각 노광에 사용된 노광파장은 서로 50nm이상 상이하다.
게다가, 상기 일본 특허공개공보 제 253649/1995호에 개시된 2중노광방법에 있어서, 마스크의 패턴은 파장선택성을 지닌 재료를 이용해서 형성되어 있으므로 2중빔간섭노광과 통상의 노광을 동일한 마스크(패턴)를 이용해서 행하고 있다. 통상의 노광에서의 (마스크의)패턴은 1개이상의 분리패턴으로 이루어지고, 또 2중노광의 결과로서 생성된 회로패턴(현상후의 표면단차분포 또는 노광량분포) 역시 단지 1개이상의 분리패턴으로 이루어진다.
따라서, 상기 미국특허공보 제 5,415,835호와 마찬가지로, 일본특허공개공보 제 253649/1995호에 개시된 2중노광방법에 의해서도, 회로패턴과 같은 복잡한 형상의 패턴을 생성할 수는 없다.
도 1은 종래의 투영노광장치의 개략도
도 2는 주기패턴노광을 수행하는 2중빔 간섭노광장치의 개략도
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 노광방법을 설명하는 순서도
도4A 및 도4B는 각각 2중빔간섭노광에 의해 생성될 수 있는 주기패턴(노광패턴)을 설명하는 개략도
도 5A 및 도 5B는 레지스트의 노광감도특성을 설명하는 그래프
도 6은 현상에 의한 패턴형성을 설명하는 개략도
도 7은 2중빔간섭노광에 의해 생성될 수 있는 주기패턴(노광패턴)을 설명하는 개략도
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 2중빔간섭노광에 의해 생성될 수 있는 주기패턴(노광패턴)을 설명하는 개략도
도 9A 및 도 9B는 각각 본 발명의 제 1실시예에서 생성될 수 있는 노광패턴(리소그래피패턴)의 일례를 설명하는 개략도
도 10A 및 도 10B는 각각 본 발명의 제 1실시예에서 생성될 수 있는 노광패턴(리소그래피패턴)의 다른 예를 설명하는 개략도
도 11A 및 도11B는 각각 본 발명의 제 1실시예에서 생성될 수 있는노광패턴(리소그래피패턴)의 또다른 예를 설명하는 개략도
도 12는 본 발명의 제 2실시예에서 생성될 수 있는 게이트패턴을 설명하는 개략도
도 13은 본 발명의 제 2실시예에서의 2중노광방법을 설명하는 개략도
도 14는 게이트패턴의 확대도
도 15는 패턴형성방법을 설명하는 개략도
도 16은 2중빔간섭에 의거한 주기패턴노광을 수행하는 투영노광장치의 일례를 설명하는 개략도
도 17은 본 발명의 투영노광장치에 사용되는 마스크 및 조명방법의 일례를 설명하는 개략도
도 18은 본 발명의 투영노광장치에 사용되는 마스크 및 조명방법의 다른 예를 설명하는 개략도
도 19는 본 발명에 의한 2중빔 간섭노광장치의 일례를 설명하는 개략도
도 20은 본 발명에 의한 고해상노광장치의 일례를 설명하는 개략도
도 21은 본 발명에 의한 고해상노광장치의 다른 예를 설명하는 개략도
도 22는 본 발명의 제 3실시예에 의한 노광방법을 설명하는 개략도
도 23A 내지 도 23G는 각각 패턴노광에 의해 생성되는 노광패턴을 설명하는 개략도
도 24A 내지 도 24G는 각각 본 발명의 일실시예에 의해 생성되는 노광패턴(리소그래피패턴)의 일례를 설명하는 개략도
도 25A 내지 도 25H는 각각 웨이퍼면상의 노광량분포와 각종 패턴을 생성하는 위상시프트마스크의 예를 설명하는 개략도
도 26A 내지 도 26H는 각각 본 발명의 일실시예에 의해 생성되는 노광패턴(리소그래피패턴)의 다른 예를 설명하는 개략도
도 27A 내지 도 27H는 각각 마스크면상의 노광량분포와, 게이트패턴노광용 그라운드마스크 및 통상의 마스크를 설명하는 개략도
도 28A 내지 도 28C는 각각 게이트패턴생성을 위한 2중노광에 의해 생성된 노광량분포와 레지스트이미지를 설명하는 개략도
도 29는 본 발명의 일실시예를 2차원적으로 설명하는 개략도
도 30A 내지 도 30F는 각각 블랙그라운드를 사용해서 게이트패턴을 형성하는 다른 예를 설명하는 개략도
도 31A 내지 도 31C는 각각 이중노광에 의해 생성되는 노광량분포와 레지스트패턴을 설명하는 개략도
도 32는 패턴형성과정을 2차원적으로 설명하는 개략도
도 33A 및 도 33B는 각각 회로패턴을 생성하기 위한 마스크패턴의 다른 예를 설명하는 개략도
도 34A 내지 도 34F는 각각 회로패턴에 관한 노광량분포를 설명하는 개략도
도 35A 및 도 35B는 각각 회로패턴 형성과정을 설명하는 개략도
도 36A 내지 도 36C는 각각 1 내지 3개의 바를 지닌 고콘트라스트 주기패턴 및 저콘트라스트패턴에 의한 2중노광을 설명하는 개략도
도 37은 각각 3바패턴(이미지)에 의한 노광,주기패턴(이미지)에 의한 노광 ,그리고 3바패턴(이미지) 및 주기패턴(이미지)에 의한 2중노광에 의해 레지스트상에 생성되는 강도분포(노광량분포)를 설명하는 개략도
도 38은 1 내지 3개의 바를 지닌 패턴(이미지) 및 주기패턴(이미지)을 사용한 2중노광에 의해 생성되는 강도분포를 설명하는 개략도
도 39는 조명조건(σ)을 변경시키면서, 위상시프트마스크를 사용해서 1 내지 3개의 바를 지닌 패턴(이미지)을 이용한 노광에 의해 얻어진 강도분포를 설명하는 개략도
도 40은 σ= 0.5하에, 위상시프트마스크를 사용해서 1 내지 3개의 바를 지닌 패턴노광을 행한 경우의 디포커스와 콘트라스트와의 관계를 설명하는 그래프
도 41은 주기패턴용의 σ= 0.2의 통상의 조명 및 바패턴용의 σ= 0.8의 링형상조명에 따라 1 내지 3개의 바를 지닌 패턴과 주기패턴에 의한 2중노광을 행한 경우의 디포커스와 콘트라스트와의 관계를 설명하는 그래프
도 42는 σ= 0.53 ~ 0.8의 링형상조명에 따라 1 내지 3개의 바패턴(이미지)에 의한 노광을 행한 경우의 라인폭 선형성에러를 설명하는 그래프
도 43은 주기패턴용의 σ= 0.2의 통상의 조명 및 바패턴용의 σ= 0.53 ~ 0.8의 링형상조명에 따라 1 내지 3개의 바패턴(이미지)과 주기패턴(이미지)에 의한 2중노광을 행한 경우의 라인폭 선형성에러를 설명하는 그래프
도 44는 라인폭비가 큰 3바패턴과 주기패턴에 의한 2중노광을 설명하는 개략도
도 45는 라인폭비가 다른 바패턴과 주기패턴에 의한 2중노광을 설명하는 개략도
도 46은 1바패턴에 의한 단일노광 및 주기패턴과 조합된 2중노광에 의한 2차원상의 차를 설명하는 개략도
도 47은 제로콘트라스트패턴(이미지)에 의한 노광, 고콘트라스트 주기패턴(이미지)에 의한 노광 및 이들 노광에 의거한 2중노광에 의해 얻어진 강도분포를 설명하는 개략도
도 48은 제로콘트라스트패턴(이미지)에 의한 노광, 고콘트라스트 주기패턴(이미지)에 의한 노광 및 이들 노광에 의거한 이중노광에 의해 얻어진 강도분포를 설명하는 개략도
도 49는 통상의 크롬패턴을 지닌 레티클의 개략도
도 50은 해프톤 위상시프트패턴을 지닌 레티클의 개략도
도 51은 림형 위상시프트패턴을 지닌 레티클의 개략도
도 52는 크롬이 없는 시프터차광형 위상시프트패턴을 지닌 레티클의 개략도
도 53은 본 발명에 의한 2중빔간섭용 노광장치의 일례의 개략도
도 54는 도 53의 노광장치에 사용가능한 마스크 및 조명방법을 설명하는 개략도
도 55는 도 53의 노광장치에 사용가능한 마스크 및 조명방법의 다른 예를 설명하는 개략도
도 56은 본 발명에 의한 마스크의 개략도
도 57은 본 발명에 의한 다른 마스크의 개략도
도 58은 도 53의 장치의 조명계에 있어서의 유효광원을 설명하는 개략도
도 59는 도 53의 장치에 있어서의 동공면상의 광강도분포를 설명하는 개략도
도 60은 도 53의 장치의 조명광학계에 있어서의 유효광원의 다른 예를 설명하는 개략도
도 61은 도 53의 장치에 있어서의 동공면상의 광강도분포의 다른 예를 설명하는 개략도
도 62는 도 53의 장치에 있어서의 동공면상의 광강도분포의 또다른 예를 설명하는 개략도
도 63은 도 53의 장치의 조명광학계에 있어서의 유효광원의 다른 예를 설명하는 개략도
도 64는 도 53의 장치에 있어서의 동공면상의 광강도분포의 다른 예를 설명하는 개략도
도 65는 도 53의 장치에 있어서의 동공면상의 광강도분포의 또다른 예를 설명하는 개략도
도 66은 본 발명에 의한 2중빔간섭패턴을 설명하는 개략도
도 67은 본 발명에 의한 2중빔간섭패턴과 통상의 패턴을 설명하는 개략도
도 68은 본 발명에 의한 체크패턴을 설명하는 개략도
도 69는 본 발명에 의한 소망의 패턴을 설명하는 개략도
도 70은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치의 주요부의 개략도
도 71은 도 70의 실시예에 사용가능한 마스크의 개략도
도 72는 본 발명에서의 2중빔간섭의 원리를 설명하는 개략도
도 73은 본 발명에 의한 2중빔간섭에 있어서의 마스크와 조명방법을 설명하는 개략도
도 74는 도 72에 있어서의 유효광원의 개략도
도 75는 도 72에 있어서의 동공면상의 광강도분포를 설명하는 개략도
도 76은 도 72에 있어서의 마스크와 체크패턴이미지를 설명하는 개략도
도 77은 본 발명의 다른 실시예에 의한 노광장치의 주요부의 개략도
도 78은 본 발명에 의한 조명계에 있어서의 유효광원의 개략도
도 79는 본 발명에 의한 노광장치에 있어서의 동공에서의 강도분포를 설명하는 개략도
도 80은 본 발명에 의한 노광장치에 있어서의 동공에서의 강도분포의 다른 예를 설명하는 개략도
도 81은 본 발명의 일실시예에 있어서의 감광기판상의 광패턴의 개략도
도 82는 본 발명에 의한 이중빔간섭과 통상의 노광에 의거한 다중노광을 설명하는 개략도
도 83은 본 발명에 따라 생성될 수 있는 회로패턴의 일례의 개략도
도 84는 본 발명에 따라 생성될 수 있는 회로패턴의 다른 예의 개략도
도 85는 본 발명에 있어서 사용가능한 동공필터를 설명하는 기략도
도 86은 본 발명에 있어서의 동공면상의 광강도분포를 설명하는 개략도
도 87은 본 발명에 따라 4중빔간섭에 의해 생성된, 감광기판상의 광패턴의 개략도
도 88은 본 발명에 따라 4중빔간섭 및 통상의 노광에 의거한 다중노광을 설명하는 개략도
도 89는 본 발명에 있어서의 4중빔간섭 및 통상의 노광에 의해 생성될 수 있는 패턴의 일례의 개략도
도 90은 본 발명에 의한 다중노광방법에 있어서 설정되는 노광량을 설명하는 개략도
도 91A 및 도 91B는 각각 본 발명의 다중노광법에 따라 생성된 패턴의 디포커스특성을 설명하는 개략도
도 92A 및 도 92B는 마찬가지로 각각 본 발명의 다중노광법에 따라 생성된 패턴의 디포커스특성을 설명하는 개략도
도 93은 본 발명의 일실시예에 의한 디바이스제조공정의 순서도
도 94는 도 93의 과정중 웨이퍼공정의 순서도
도 95는 본 발명의 또다른 실시예에 의한 다중노광방법에서, 포지티브타입의 레지스트에 대해 설정하는 노광량의 다른예를 설명하는 개략도
도 96A 내지 도 96D는 각각 본 발명의 일실시예에 의한 다중노광공정의 패턴디포커스특성을 설명하는 개략도
<도면의 주요부분에 대한 설명>
11: 노광광원12: 조명광학계
13: 조명모드개략도14: 크롬마스크
15: 마스크16: 마스크교환기구
17: 마스크스테이지18, 83, 163, 213: 투영광학계
19: 동공필터20: 필터교환기구
21: 웨이퍼(감광기판)22: 웨이퍼스테이지
71, 72, 73, 74: 광80: 조명계
81: 마스크82, 162: 물체측 노광광
84, 164, 207: 조리개
85, 165: 이미지측 노광광86, 166: 감광기판
87, 87a∼87d, 167, 124: 동공 또는 동공면
90: 위상시프트마스크91, 171: 크롬차광부
92: 시프터161: 2중빔 간섭마스크
163a: 광축201: 레이저광원
205: 빔형상화유닛206: 광인테그레이터
206a: 광입사표면206b: 광배출면
208: 수렴렌즈209: 미러
210: 마스킹블레이드211: 결상렌즈
212: 레티클(마스크)213: 투영렌즈
215: 웨이퍼
216: 조리개교환기구(엑츄에이터)
본 발명의 목적은 복잡한 형상의 회로패턴을 다중노광에 의해 생성할 수 있는 노광방법 및 노광장치를 제공하는 데 있다. 여기서, "다중노광"이란 각 노광사이에 현상처리의 개입없이 레지스트위의 동일 위치에 각 노광을 행하는 프로세스를 의미한다. 또, 노광은 2중 또는 3중 또는 그 이상 행해도 된다.
본 발명의 제 1측면에 의하면, 이미지의 콘트라스트에 대해 상이한 패턴부분을 지니는 마스크로 레지스트를 노광하는 노광방법 및 노광장치에 있어서, 이미지의 최저콘트라스트를 지니는, 마스크의 패턴부분의 이미지를 해당 최저콘트라스트 이미지보다도 높은 콘트라스트의 이미지로 노광함으로써, 최저콘트라스트의 패턴부분에 관한 노광량분포의 콘트라스트를 향상시키는 것을 특징으로 하는 노광방법 및노광장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 라인폭에 대해 상이한 패턴부분을 지니는 마스크로 레지스트를 노광하는 노광방법 및 노광장치에 있어서, 최소라인폭을 지니는, 마스크의 패턴부분의 이미지를 해당 최소라인폭패턴부분의 이미지보다도 높은 콘트라스트의 이미지로 노광함으로써, 최저콘트라스트의 패턴부분에 관한 노광량분포의 콘트라스트를 향상시키는 것을 특징으로 하는 노광방법 및 노광장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 이미지의 콘트라스트에 대해 상이한 복수의 패턴부분을 지니는 마스크로 레지스트를 노광하는 노광방법 및 노광장치에 있어서, 상기 노광방법 및 노광장치에 의해 수행되는 다중노광은, 최저콘트라스트를 지니는, 마스크의 복수의 패턴부분중, 하나의 패턴부분의 이미지에 의한 노광량이 레지스트의 노광임계치를 초과하지 않는 한편, 다른 패턴부분의 이미지에 의한 노광량은 상기 노광임계치를 초과하는 제 1노광과, 최저콘트라스트이미지가 형성되는 위치를 해당 최저콘트라스트보다도 높은 콘트라스트의 이미지로 노광하는 제 2노광을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법 및 노광장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 이미지의 라인폭에 대해 상이한 복수의 패턴부분을 지니는 마스크로 레지스트를 노광하는 노광방법 및 노광장치에 있어서, 상기 노광방법 및 노광장치에 의해 수행되는 다중노광은, 최소라인폭을 지니는, 마스크의 복수의 패턴부분중, 하나의 패턴부분의 이미지에 의한 노광량이 레지스트의 노광임계치를 초과하지 않는 한편, 다른 패턴부분의 이미지에 의한 노광량은 상기 노광임계치를 초과하는 제 1노광과, 최소라인폭의 이미지가 형성되는 위치를 최저콘트라스트보다도 높은 콘트라스트의 이미지로 노광하는 제 2노광을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법 및 노광장치가 제공된다.
본 발명의 이들 측면의 바람직한 형태에 있어서, 레지스트는 예를 들면 자외선, X선 또는 전자빔 등의 방사선을 사용해서, 또한 투영광학계를 사용하거나 또는 사용하지 않고 마스크의 패턴의 이미지로 노광시켜도 된다.
높은 콘트라스트의 이미지는 상기 방사선과 동일한 파장의 방사선을 사용해서 형성해도 된다.
레지스트는 높은 콘트라스트이미지 및 상기 패턴이미지와 동시에 노광시켜도 된다. 또, 레지스트는 높은 콘트라스트이미지로 노광시킨 후, 상기 패턴위에 결상시켜도 된다. 또한, 레지스트는 상기 패턴이미지로 노광시킨 후, 상기 높은 콘트라스트이미지로 노광시켜도 된다.
높은 콘트라스트이미지는 위상시프트형의 마스크를 투영해서 형성해도 된다. 상기 위상시프트형 마스크는 레벤슨(Levenson)형 위상시프트마스크이어도 된다. 또, 상기 위상시프트형 마스크는 차광부를 통과하지 않고 각각 2개의 영역을 통과하는 방사선에 대해서 180도의 상호위상시프트를 가하는 위상시프터부분을 포함해도 된다. 또한, 위상시프트형 마스크는 위상시프터부분에 의해 생성된 분리패턴을 포함하거나, 위상시프터부분이 배열된 반복패턴을 포함해도 된다.
상기 높은 콘트라스트이미지는 레이저광의 분할결과 얻어진 2개의 평행광을 상이한 방향에서 레지스트위에 투영해서, 해당 레지스트상에 이들의 간섭을 일으킴으로써 형성해도 된다. 또, 상기 높은 콘트라스트이미지는 광 또는 전자의 프로브(탐침기)를 사용해서 형성해도 되며, 또한, 사선방향을 따라 마스크의 반복패턴을 조명하고 투영함으로써 형성해도 된다.
상기 첫번째로 언급한 마스크는 위상시프트마스크이어도 되며, 또한, 양호한 콘트라스트의 노광량분포를 부여하는 해프톤(half tone)형, 림(rim)형 및 크롬이 없는 시프터차광형중의 어느 하나의 위상시프트마스크이어도 된다.
상기 첫번째로 언급한 마스크는 사선방향을 따라 조명해도 되고,또 투영광학계에 의해 투영해도 된다. 상기 높은 콘트라스트이미지는 σ가 0.3이하인 상태에서 위상시프트마스크의 패턴을 결상시킴으로써 형성해도 되며, 이때, 위상시프트마스크는 레벤슨형 위상시프트마스크이어도 된다.
본 발명의 노광방법 및 노광장치의 바람직한 일형태에 있어서, 마스크의 패턴이미지의 강도분포의 중심위치는 상기 높은 콘트라스트이미지의 강도분포의 중심위치와 일치시켜야만 하나, 레지스트위에 최종적으로 형성되는 노광량분포의 콘트라스트와의 관계로부터 이들 이미지의 강도분포의 중심위치에 대해서 소정범위내의 편차는 허용가능하다.
본 발명에 있어서는, 노광파장에 제한은 없다. 그러나, 본 발명에서는 250nm이하의 노광파장을 사용하는 것이 특히 적합하다. 250nm이하의 노광파장은 KrF엑시머레이저(약 248nm) 또는 ArF엑시머레이저(약 193nm)를 이용함으로써 얻을 수 있다.
본 발명은 예를 들면, 웨이퍼에 마스크의 패턴을 투영하는 투영광학계와,σ(시그마)가 비교적 큰 (큰 σ)부분간섭성 조명 및 σ가 비교적 작은 (작은 σ)부분간섭성 조명 또는 간섭성 조명을 행할 수 있는 마스크조명광학계를 구비한 투영광학장치를 사용해서 구현할 수 있다. 예를 들면, 마스크패턴(회로패턴)의 투영노광은 큰 σ부분간섭성 조명을 통해 행할 수 있는 반면, 위상시프트형 마스크는 간섭성 조명 또는 작은 σ부분간섭성 조명을 통해 조명할 수 있다. 이러한 2중빔간섭조명에 의하면, 간섭상에 의한 고콘트라스트이미지의 노광을 행할 수 있다.
"부분간섭성 조명"이란, σ값(= "조명광학계의 마스크측 개구수"/"투영광학계의 마스크측 개구수")이 0보다 크고 1보다 작게 되도록 조명하는 것을 의미하고, "간섭성 조명"이란 σ값이 0 또는 0에 가까운 동시에 부분조명의 σ값에 비해서 매우 작게 되도록 조명하는 것을 의미한다. 또 큰 σ란 0.6이상의 σ를 의미하는 한편, 작은 σ란 0.3이하의 σ를 의미한다.
노광장치는, 부분간섭성 조명, 간섭성 조명 및 비교적 작은 σ의 부분간섭성 조명을 호환할 수 있는 마스크조명광학계용의 광학계를 포함해도 된다.
본 발명은 도 2에 도시한 바와 같은 2중빔간섭노광장치, 도 1에 도시한 바와 같은 투영노광장치 및 웨이퍼(감광기판)를 유지하는, 이들 양 노광장치에 사용되는 이동스테이지를 포함하는 광학계에 의해 구현해도 된다. 사용되는 노광파장은 전술한 바와 같이 400nm이하, 특히 250nm이하면 된다. 250nm이하의 노광파장의 광은 KrF엑시머레이저(약 248nm) 또는 ArF엑시머레이저(약 193nm)를 이용함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 이들 및 기타 목적, 특성 및 이점 등은 첨부도면과 관련해서 취한본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 설명을 고려하면 더욱 명백해질 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노광장치의 흐름도이다. 도 3은 (i) 본 실시예의 주요형태에 따라서 고콘트라스트의 이미지(고콘트라스트이미지)로 레지스트의 노광을 행하는 주기패턴 노광공정과 (ii) 종래의 방법을 사용해서 노광량분포를 저콘트라스트로 하는 회로패턴을 가진 마스크의 이미지에 의해 레지스트의 노광을 행하는 통상의 노광공정과 (iii) 상기 언급한 2개의 공정에 의한 2중노광이 행해진 레지스트를 현상하는 현상공정에 대한 블록의 흐름을 표시한다. 도 3의 주기패턴 노광공정과 통상의 노광공정의 순서를 반대로 할 수 있다. 또한, 이들을 동시에 행할 수도 있다. 만약 이 공정이, 주기패턴노광 및 통상의 노광중 하나가 복수의 노광공정을 포함하는 3중노광이나 그 이상의 노광을 구비하면, 주기패턴노광과 통상의 노광을 별도로 행할 수 있다. 비록 도면에서 생략하였지만 예를 들면 정밀한 정렬공정을 이들 노광공정사이에 삽입한다. 주기패턴노광이나 통상의 노광공정은 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat)형이나 스텝-앤드-스캔(step-and-scan)형 투영노광장치를 사용해서 행할 수 있다.
통상의 노광용 마스크는 라인폭이나 정위에 대해 서로 다른 복수의 패턴을 가진다. 다중노광을 통한 레지스트상의 노광량 분포가 최저의 라인폭과 그 화이미지를 가진 복수의 패턴중에 미세한 패턴인 회로패턴은 최저의 콘트라스트를 가진다.
도 3의 흐름에 따라서 다중노광을 행했다면, 우선 웨이퍼(감광기판)의 레지스트를 도 4A에 표시된 바와 같은 주기패턴이미지로 노광시킨다. 도 4A의 수치는노광량을 표시한다. 도 4A는 공백부분이 레지스트가 노광(감광)되지 않은 부분(즉 섀도우)에 대응하는 마스크의 주기패턴의 이미지를 표시한다. 음영부분은 레지스트가 노광된 부분(즉 라이트)에 대응한다. 노광량은 공백부분에서는 0(zero)으로, 음영부분에서는 1로 추측된다. 도 4A에 도시한 것은 마스크의 패턴 그자체로 생각된다. 레지스트가 다중노광하지 않고서 그러한 주기패턴만으로 노광되면, 현상되고 주기패턴의 이미지에 의한 노광량과 레지스트의 노광임계치사이의 관계를 항상 설정해서 레지스트노광임계치Eth(노광후에 레지스트막두께가 0(zero)으로 되는 제한치)가 도 4B의 아래쪽의 그래프에 표시된 바와 같이 노광량 0과 1사이로 된다. 도 4의 상단은 도 4A의 이미지로 노광되고, 레지스트를 현상한 후에 최종적으로 얻을 수 있는 리소그래피패턴(표면공정패턴)을 표시하는 평면도이다. 공백부분과 음영부분의 한쪽은 표면공정의 돌기부에 대응하고 이외의 부분은 홈에 대응한다.
도 5A 및 도 5B는 포지티브형 웨이퍼 레지스트와 네거티브형 레지스트 각각의 경우에 있어서 노광임계치뿐만 아니라 현상후에 레지스트막두께의 노광량 의존도를 나타낸다. 포지티브형 레지스트의 경우에 노광임계치 이상의 노광량으로, 네거티브형 레지스트의 경우에 노광임계치 이하의 노광량으로 레지스트막두께가 0(zero)으로 된다.
도 6은 네거티브형 레지스트(도면의 상부왼쪽)와 포지티브형 레지스트(상부오른쪽)에 대해서, 현상 및 에칭공정후에 상기 언급한 노광의 결과로서 리소그래피패턴의 형성을 설명하는 개략도이다.
본 실시예의 2중노광방법에 있어서, 도 4∼6의 통상의 노광감도설정과 비교해서 고콘트라스트의 이미지가 형성되는 주기패턴노광(도 3의 제 1공정)에서 최대노광량을 1로 가정하면, 웨이퍼(감광기판)의 레지스트의 노광임계치Eth가 1보다 크게 설정된다(도 8의 하단 참조). 여기서 주기패턴이미지(도 7)에 의한 노광만으로부터 얻은 레지스트 노광패턴(노광량분포)을 현상하면, 불충분한 노광량에 기인해서, 비록 작은 레지스트막두께의 변화가 있지만, 현상후에 막두께가 0(zero)인 부분이 발생되지 않는다. 그래서 에칭에 의해 리소그래피패턴(표면공정)이 웨이퍼상에 발생되지 않는다. 이것은 잠상으로 레지스트상에 기록된 주기패턴의 부존재로 여겨질 수 있다. 비록 본 발명은 네거티브형 레지스트에 대해서 설명하지만, 본 발명은 포지티브형 레지스트에도 유용하다. 도 8의 상부는 단지 주기패턴이미지에 의한 노광에 의해 얻을 수 있는 리소그래피패턴의 평면도이다(복수의 좁은 라인으로 도시했지만 실제로 아무것도 아님). 하부의 그래프는 이 노광에서 레지스트상의 노광량분포와 노광임계치Eth의 관계를 표시한다.
본 실시예의 주요점은 다중노광에 기인해서 미세하고 고콘트라스트의 이미지를 포함하는 주기패턴이미지에 의한 노광패턴(E1)(도 3의 제 1공정에서 주기패턴노광을 통해서만 다르게 사라질 수 있음)과 노광장치의 해상도 이하의 사이즈의 패턴을 포함하는 임의의 형상의 회로패턴의 이미지에 의한 노광패턴(E2)이 서로 혼합되어 소망의 레지스트의 영역이 레지스트 노광임계치Eth이상의 노광량(E1+E2)으로 노광된 결과로서 소망의 형상의 회로패턴에 대응하는 소망의 리소그래피패턴이 최종적으로 생성된다. 이 혼합에서 중요한 것은 최소라인폭을 가진 회로패턴중의 패턴이다. 고콘트라스트이미지는 소망의 콘트라스트의 노광량분포를 그 노광으로 얻을 수 없으므로 패턴이미지의 위치에 양호하게 중첩되어 있다.
도 9A는 상기 언급한 통상의 노광의 결과로 레지스트의 노광패턴을 표시한다. 그것이 최소의 라인폭을 가진 웨이퍼상에 투사되는 회로패턴중의 패턴이다. 또한 패턴이 투영노광장치의 해상도 이하의 미세패턴이기 때문에 분리되지 않는 패턴의 화상에 의한 레지스트상의 노광량분포를 구비한다. 확실하게는 생성된 노광량분포는 흐려지고 퍼진다.
최소라인폭을 가지고, 도 9A의 노광패턴을 형성하는 마스크상의 패턴은 투영노광장치에 의해 분리가능한 라인폭의 절반의 라인폭, 즉, 소망의 콘트라스트를 얻을 수 있는 라인폭을 가진 미세패턴이어도 된다. 마스크패턴은 이런 미세패턴에 추가해서 분해가능한 각종 라인폭의 각종 패턴을 포함한다.
통상의 회로패턴의 노광이 도 9A의 흐린 노광패턴을 형성하고 선명하고 미세한 노광패턴을 생성할 수 있는 도 7의 주기패턴노광 이전에 (또는 이후나 동시에)현상공정의 간섭없이 동일 레지스트상에 동일 영역(동일위치)에 중첩적으로 행해지면, 레지스트영역의 전체노광량분포는 도 9B의 하부의 그래프에 표시된 바와 같다. 여기서, 주기패턴노광을 통과한 고콘트라스트이미지에 의한 노광량E1과 통상의 노광의 흐린 화상에 의한 노광량E2사이의 비는 1:1로 설정하고, 또한 레지스트 노광임계치Eth는 주기노광패턴에 의한 노광량E1(=1)과 통상의 노광에 의한 노광량E2(=1)의 합E1+E2의 범위내로 설정한다. 그러므로, 본 실시예의 2중노광을 행한 웨이퍼를 현상하면, 도 9B의 상면에 표시된 바와 같은 리소그래피패턴을 생성한다. 이 공정에 있어서, 통상의 노광에 의한 흐린 노광패턴의 중심과 주기패턴노광에 의한 선명한 노광패턴의 선단은 서로 등록될 수 있다. 도 9B의 상면에서 리소그래피패턴의 평면도에 표시된 독립라인패턴은 주기패턴노광에 의해 생성되는 리소그래피패턴과 유사한 해상도(즉, 라인폭)을 가진다. 그래서, 이 2중노광에 의해서 통상의 투영노광의 해상도 이상의 매우 작은 라인폭의 패턴을 달성한다. 한편, 이 통상의 노광에 의해 인쇄된 패턴중에서 노광장치의 해상도범위내에서 최소의 라인폭을 가진 것이외에 상대적으로 큰 라인폭을 가진 패턴과 그 노광량분포의 콘트라스트는 2중노광에 의해 개선될 수 있고, 우수한 콘트라스트이미지를 형성한다.
도 10에 표시된 큰 라인폭의 패턴이미지에 의한 노광패턴을 생성하는 통상의 노광(즉, 도 7의 노광패턴의 2배의 라인폭으로 노광임계치Eth(여기서는 임계치의 2배의 노광량)이상의 노광량분포를 효과적으로 생성하는 투영노광)이 현상공정없이 도 7의 주기패턴노광후에 동일 레지스트상에 동일한 영역(위치)상에 중첩적으로 행해지고, 통상의 노광에 의한 노광패턴의 중심이 주기패턴노광에 의한 노광패턴의 중심이나 선단에 등록되면, 생성된 결합이미지나 결합노광패턴은 우수한 대칭성을 가진다. 그래서 우수한 결합이미지나 결합노광패턴을 생성할 수 있다. 그러나, 그렇거나 그렇지 않으면, 레지스트상의 결합노광패턴, 즉 전체노광량분포는 예를들면 도 10B의 아래의 그래프에 표시된 바와 같을 것이다. 현상후에 주기패턴노광에 의한 노광패턴이 사라지고, 결과적으로 도 10B의 위쪽에 표시된 바와 같이, 통상의 노광에 의한 리소그래피패턴만이 형성된다.
또한 도 11A의 노광패턴으로서, 도 7의 노광패턴의 라인폭의 3배의 라인폭에서 고콘트라스트로 분해가능한 노광패턴으로 되는 회로패턴의 경우이거나, 도 7의 노광패턴의 라인폭의 4배의 라인폭에서 고콘트라스트로 분리가능한 노광패턴으로 되는 회로패턴(도시생략)의 경우에는, 2중노광을 행하더라도 도 10의 경우와 마찬가지로 현상후에 통상의 노광에 의거한 리소그래피패턴만이 형성된다(도 10B참조). 그래서, 도 8의 노광패턴과 도 8 또는 도 9의 노광패턴을 생성할때 라인폭이 다른 복수의 패턴을 가진 마스크를 사용하는 통상의 노광과 주기패턴노광을 구비한 2중노광에 의해서도 최종적으로 얻을 수 있는 리소그래피패턴은 그 라인을 포함하고, 마스크의 회로패턴에 대응하는 형상으로 정확하게 한정될 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 투영노광을 통해 얻을 수 있는 각종 리소그래패턴은 본 발명의 실시예의 2중노광방법으로 형성될 수 있다.
고콘트라스트이미지를 구비하는 주기패턴노광과 최소라인폭의 패턴에 대응하는 저콘트라스트이미지를 포함하는 통상의 노광에 의해 형성되는 노광량분포(절대치 및 분포)를 조정할 뿐 아니라, 감광기판의 레지스트의 임계치Eth를 조정함으로써, 회로패턴은 회로패턴이 도 8, 9B, 10B, 11B에 표시된 각종 패턴의 조합을 구비하고, 간단한 주기패턴노광(도 9B의 패턴)을 통해서 얻을 수 있는 노광패턴의 라인폭과 마찬가지의 최소라인폭(해상도)을 가진 웨이퍼상에 형성될 수 있다.
상기 본 실시예의 2중노광의 원리를 아래와 같이 정리한다.
(1) 노광임계치Eth이하의 최대 노광량으로 주기패턴노광에 의해 영역내에 형성된 노광패턴이 통상의 노광이 행해지지 않는 영역에서 현상의 결과로서 사라진다.
(2) 레지스트 노광임계치Eth이하의 노광량이 레지스트에 공급되는 통상의 노광의 노광패턴영역(노광영역)에 대해서는 통상의 노광과 주기패턴노광 각각에 의한 노광패턴의 조합에 의해 결정된 주기패턴노광과 마찬가지의 해상도를 가진 노광패턴을 그 영역에 형성할 수 있다.
(3) 레지스트 노광임계치Eth이상의 노광량이 레지스트에 공급되는 통상의 노광의 노광패턴영역(노광영역)에 대해서는 통상의 노광과 주기패턴노광 각각에 의한 노광패턴에 의해 결정된 통상의 노광에 의한 노광패턴과 마찬가지의 해상도를 가진 노광패턴을 그 영역내에 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예의 2중노광방법에서는 고해상도가 필요한 주기패턴노광이 위상변시프트형 레티클을 사용하는 2중빔 간섭노광에 의거해서 행해질 때 예를 들면 통상의 투사노광을 통한 주기패턴의 화상에 의한 것보다 상당히 큰 초점심도를 형성할 수 있다는 다른 이점이 있다.
주기패턴노광과 통상의 노광의 순서에 대해서는 상기 설명에서 주기패턴노광이 먼저 행해지는 한 그 순서는 반대로 되거나 동시에 행해질 수 있다.
다음에, 본 발명의 노광방법의 제 2실시예를 설명한다.
본 실시예에 있어서, 노광에 의해 생성되는 회로패턴(리소그래피패턴)은 도 12에 표시된 바와 같이 게이트패턴이라고 할 수 있는 것에 관한 것이다. 그래서 통상의 노광에 사용되는 마스크로서 도 12의 패턴으로 아날로그형이미지를 가지 회로패턴의 마스크를 사용할 수 있다.
도 12의 게이트패턴은 도면에서 A-A'방향으로 0.1마이크론의 최소라인폭을 가지나, 통상의 노광에 의한 해상도 범위내인 세로방향의 0.2마이크론 이상의 최소라인폭을 가진다. 본 발명의 실시예에 따르면, 고해상도가 1차원 방향(가로방향)에만 필요한 것에 대해 최소라인폭 패턴부분S를 가진 2차원 패턴에 대해서는, 예를 들면 2중빔간섭노광에 의거한 주기패턴노광을 고해상도가 필요한 1차원방향에 대해서만 행한다. 도면에서 B는 상대적으로 큰 라인폭을 가진 패턴부분을 표시한다.
도 13을, 참조해서 동일한 노광파장을 사용하고, 통상의 노광에 의해서만 분리될 수 있는 게이트패턴의 통상노광과 1차원 주기패턴노광의 조합에 의거한 2중노광의 순서를 설명한다.
도 13의 (A)는 반복패턴이 1차원 방향에 대해 형성되는 2중빔 간섭노광에 의해 생성되는 주기노광패턴의 평면도이다. 이 노광패턴은 0.2마이크론의 주기를 가지고, 이 노광패턴은 각 라인과 스페이스의 0.1마이크론라인폭의 라인-앤드-스페이스 (line-and-space)패턴에 대응한다. 도 13의 하부의 숫자는 레지스트상의 노광량을 표시한다.
이러한 2중빔간섭을 통해서 주기패턴노광을 달성하는 노광장치는 도 2에 표시된 것이고, 마스크와 조사광이 도 17 또는 도 18에 표시된 바와 같이 배치되어 있는 도 16에 표시된 투사노광장치 또는, 레이저(151), 해프미러(152) 및 평미러(153)를 가진다. 물론, 도 16, 도 17 또는 도 18에 표시된 투영노광장치를 통상의 노광에 사용할 수도 있다.
도 2의 노광장치를 상세하게 설명한다.
도 12의 노광장치에 있어서, 상기 언급한 바와 같이, 결합되는 2개의 광속이 입사각θ로 웨이퍼(154)상에 비스듬히 입사함으로써 간섭무늬(형상)가 웨이퍼(154)의 레지스트상에 형성된다. 웨이퍼(154)상에 형성된 간섭무늬의 라인폭은 상기 언급한 식(3)으로 표현될 수 있다. 분할파와 결합광학계의 평면쪽 NA와 각도θ사이의 관계는 NA=sinθ이다. 한쌍의 평미러(153)의 각도를 변경함으로써 각도θ를 소망대로 변경할 수 있다. 이들 평미러의 각도θ를 크게하면, 간섭무늬패턴의 각 무늬의 라인폭이 작아진다. 예를 들면, 2개의 광속의 파장(노광파장)이 248㎚(KrF엑시머레이저)인 경우에는 38°의 각도θ를 사용하면 0.1마이크론 라인폭의 밝고 어두운 무늬를 가진 간섭무늬패턴을 형성할 수 있다. 이 경우에 NA=sinθ=0.62, 각도θ가 38°이상이면, 좁은 라인폭의 간섭무늬를 형성할 수 있으므로, 고해상도를 얻을 수 있다.
다음에, 도 16 내지 도 18에 표시된 노광장치를 설명한다.
도 16의 노광장치는 축소된 스케일로 웨이퍼상에 레티클의 회로패턴을 투영하는 축소투영광학계(다수의 렌즈를 구비함)를 가진 스텝-앤드-리피트형이나 스텝-앤드-스캔형 투영광학장치이다. 이 형의 노광장치에서 노광파장 248㎚에 대해 0.6이상의 이미지측NA가 일반적으로 유용하다.
도 16의 (161)은 마스크(레티클)이고, (162)는 마스크(16)로부터 분출해서 광학계(163)로 입사하는 물체측 노광광이다. (163)은 투영광학계이고, (164)는 구경조리개이다. (165)는 투영광학계(163)로부터 분출해서 웨이퍼(166)상에 충돌하는 이미지측 노광광이다. (166)은 감광기판인 웨이퍼이다. (167)은 조리개(164)의 원형개구부에 대응하는 동공면이다. 2개의 광속의 위치는 한쌍의 점으로 묘사되어 있다. 도 16은 주기패턴노광에 대한 노광모드를 설정할때 노광장치의 개략도이다. 그래서, 각 물체측 노광광(162)과 이미지측 노광광(165)은 도 1의 통상의 노광과 비교해서 광축에 평행한 광속없이 2개의 평행한 광속을 구비한다.
도 16에 표시한 바와 같이 투영노광장치를 통해서 2중빔 간섭노광을 행하기 위해 그에 대한 마스크와 조명방법을 도 17 또는 18에 표시된 바와 같이 설정할 수 있다. 도 17 및 도 18을 참조해서 그에 대한 마스크가 조명방법의 조합의 3가지 예를 설명한다.
도 17의 (A)는 레벤슨형 위상시프트마스크를 표시한다. 도 17의 왼쪽부분에 도시한 바와 같이, 이 마스크는 수직으로 조사된다. 예를 들면, 이 마스크는 식(4)로 표현될 수 있는 피치PO의 크롬의 광차단부(171)와 식(5)로 표현될 수 있는 피치 POS의 석영의 위상시프터(172)를 가진 마스크를 구비한다.
PO=λ/(M·2NA) …(4)
POS=2PO=λ/(M·NA) …(5)
여기서 M은 투영광학계(163)의 투영배율이고, λ는 노광파장이고, NA는 투영광학계(163)의 이미지측구경이다.
한편, 도 16의 마스크는 크롬의 광차단부를 가지지 않는 시프터에지형 위상시프트마스크를 구비한다. 도 17의 왼쪽 부분에 도시한 바와 같이, 이 마스크도 수직으로 조사될 수 있다. 레벤슨형 위상시프트마스크와 마찬가지로 이 마스크는 상기 식(5)을 만족하는 피치POS의 석영의 위상시프터(181)를 가진다. (A) 및 (B)에 표시된 마스크는 모두 석영으로 이루어진 기판을 포함한다.
(A) 또는 (B)에서 도 17에 표시된 위상시피트마스크를 사용하는 2중빔 간섭노광을 행하기 위해 σ=0인(또는 0에 근사한 값) 간섭성 조명이나 σ≤0.3인 작은 σ의 부분 간섭성 조명에 따라서 마스크를 조사할 수 있다. 좀더 구체적으로는 마스크를 조명하는 조명광학계에 원형개구부를 가진 조리개는 상기 언급한 위상시프트마스크에 대한 작은 σ조리개에 의해 통상의 마스크용 조리개(이것은 σ≥0.6인 큰 σ간섭성 조명을 위한 것임)를 교체함으로써 변경될 수 있고, 조사광은 거기에 수직한 방향으로(즉, 광축에 평행한 방향으로) 마스크표면에 투사된다.
위상시프트마스크가 상기와 같이 조사되면, 위상차π가 위상시프터로부터 투과광에 인접하게 부여되어 서로 상쇄되기 때문에 수직방향으로 마스크로부터 나온 0차 투과성 회절광이 없다. 한편, 투영광학계(163)의 광축에 대해서 서로 대칭인 마스크로부터 생성된 2개의 수평광속(±1차 투과성회절광)이 존재한다. 이들 광속(물체측 노광광(165))은 웨이퍼(166)상에서 서로 간섭하여 그 위에 간섭무늬(이미지)를 생성한다. 2차 또는 그이상의 회절광은 투영광학계(163)의 구경조리개의 개구부로 입사하지 않으므로 결상에 기여하지 않는다.
도 18의 마스크는 식(4)와 마찬가지의 식(6)으로 표현될 수 있는 피치PO의 크롬의 광차단부를 가진 마스크를 구비하고, 예를 들면 투사광학계(163)의 광축에 대해서 각도θ0로 경사진 방향으로 조사될 수 있다.
PO=λ/(M·2NA) …(6)
여기서 M은 투영광학계(163)의 투영배율이고, λ는 노광파장이고, NA는 투영광학계(163)의 이미지측 구경이다.
도 18에 표시된 바와 같이 위상시프터를 가지지 않는 마스크는 간섭무늬를 형성하는 2개의 광선속을 생성할 수 있는 1개 또는 2개의 수평광선속에 의해 경사진 방향을 따라서 조사될 수 있다. 그 경우에는 마스크상의 조사광의 입사각θ0는 설정되어 식(7)을 만족한다. 이상적인 경우에 이 마스크는 광축을 포함한 대칭면에 대해서 대칭으로 경사진 1쌍의 수평광속과 각도θ0로 반대로 조사될 수 있다.
Sinθ0=M·NA …(7)
여기서 M은 투영광학계(163)의 투영배율이고, NA는 투영광학계(163)의 이미지측 구경이다.
도 18에 표시된 위상시프터를 가지지 않는 마스크에 경사진 조명을 행하면,마스크로부터 광축에 대해서 각도θ0로 직진하는 0차 투과성 회절광과 광축에 대해서 0차 투과성회절광의 광로와 대칭인 광로를 따라서 진행하는 (즉, 광축에 대해서 각도 -θ0로 진행하는) 음의 1차 투과성 회절광의 2개의 광선속을 생성한다. 이들 2개의 광속은 도 16에 표시된 2개의 노광광(162)을 형성한다. 이들 2개의 광속은 투영광학계(163)의 구경조리개(164)의 개구부로 입사하여 크롬의 반복패턴을 결상한다. 이렇게 형성된 이미지는 간섭무늬를 구비한다.
본 명세서에 있어서, 수평광선속에 의한 경사진 입사조명도 "간섭성조명"이라고 할 수 있다.
상기 언급한 거은 투영노광장치를 사용해서 2중빔 간섭노광을 행하는 순서에 관한 것이다. 이 순서에 의거하여 도 13의 (A)에 표시된 바와 같이 주기노광패턴을 생성할 수 있다. 도 1에 표시된 투영노광장치의 조명광학계(192)는 σ가 약 0.6으로 부분간섭성 조명을 행하도록 구성되어 있기 때문에 광학배열은 예를 들면, 작은 부분간섭성 조명이나 대략 간섭성 조명을 투영노광장치내에서 행할 수 있음으로써 σ≤0.3에 대응하는 작은 σ구경조리개에 의해 도 1의 조명광학계(192)내의 약 0.6의 σ의 구경조리개(도시생략)를 교체함으로써 변화될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 도 12 및 도 13에 표시된 제 2실시예를 다시 참조해서, 상기 언급한 2중빔 간섭노광에 의거한 주기패턴노광 이전이나 이후에, 마스크투영을 통한 통상의 노광을 행한다(즉, 약 0.6의 σ를 가진 부분간섭성 조명을 도 1의 장치를 사용해서 마스크에 행한다). 이에 의해 도 13의 (A)에서 공백부분으로 도시된 게이트패턴을 인쇄한다. 도 13의 (B)에서 상부는 2중노광용 게이트패턴(이미지)과 2중빔 간섭노광에 의한 주기패턴(이미지)사이의 상대위치관계뿐아니라 투명되는 게이트패턴에 의한 마스크에서의 노광량도 도시한다. 하부는 통상의 노광을 통한 게이트패턴이미지에 의한 웨이퍼레지스트에 대한 노광량을 도시하고, 0.1마이크론 피치의 가로 및 세로 해상도에 관해서 나타낸다.
투영노광을 통과한 이 게이트패턴의 이미지의 최소라인폭 부분(패턴이미지)은 분리되지 않고 흐려진다. 그래서 콘트라스트는 낮아지고, 이 부분의 지점에서 노광량도 낮아진다. 저 콘트라스트의 패턴이미지에 의한 노광량에 대해서는 패턴이미지의 중심부와 중심부의 반대면에서의 주변부에 대해서 고려할때 및 별도로 중심부와 주변부에서의 노광량을 a, b로 표시하고 흐린이미지가 반대면으로부터 오는 패턴이미지사이의 부분에서의 노광량은 c로 표시하는 곳에서는 1＜a＜2, 0＜a＜1 및 0＜1＜1의 노광량관계를 형성한다. 그래서, 게이트패턴이미지의 영역이 다른 노광량을 가지는 노광량분포를 생성한다. 이러한 게이트패턴을 가진 마스크를 사용하는 2중 노광공정에서 각각의 노광의 노광량의 비는 예를 들면 마스크(레지스트)상에서 1:2("주기패턴노광" 대 "통상의 노광")이다.
다음에, 주기패턴노광과 통상의 노광의 조합에 의거한 도 12의 게이트패턴(미세회로패턴)의 형성을 더욱 상세하게 설명한다. 본 실시예에는 2중빔간섭노광에 의거한 주기패턴노광과 투영노광에 의거한 통상의 노광사이에 행하는 현상공정이 없다. 그러므로, 각각의 노광에 의한 노광패턴이 중첩되는 영역의 각 지점의 노광량을 축적하고, 축적후에 분리한 노광패턴(노광량분포)을 생성한다. 이렇게생성된 분리노광패턴에 있어서, 게이트패턴의 최소라인폭 패턴부분에 관한 노광량분포의 콘트라스트는 2중노광의 결과로 개선되고, 이 노광량은 레지스트 노광임계치이상이다 (후술함).
도 13의 (C)는 도 13의(A)의 노광패턴과 도 13의 (B)의 노광패턴의 축적의 결과로서 생성되고, 2중노광에 의해 축적되는 노광패턴(노광량분포)을 그 상부에 표시한다. 영역e에서의 노광량은 2이상이고 3이하인 1+a이다. 도 13의 (C)에서 하부는 도 13의 (C)에서 상부에 표시된 노광패턴에 대한 현상공정의 결과로서 생성된 표면공정패턴(공백과 음영으로 묘사함)을 표시한다. 본 실시예에 있어서, 사용한 웨이퍼의 레지스트는 1이상 2이하의 노광임계치를 가진다. 그러므로 현상의 결과로서 1이상의 노광량을 가진 부분만이 표면공정패턴(12)으로 나타난다. 도 13의 (C)에서 아부에 공백이나 음영으로 묘사된 패턴의 형상과 사이즈는 도 12에 표시된 게이트패턴에 대응한다. 그래서 본 실시예의 노광방법에 따르면, 0.1마이크론의 극소 라인폭을 포함하고, 다른 라인폭의 복수의 패턴부분 B 및 C를 가진 게이트패턴(회로패턴)은, 2개의 형태의 마스크가 교체적으로 유용하고 큰 σ부분 간섭성 조명 및 간섭성 조명과 작은 σ간섭성 조명중 하나가 동일한 노광광(노광파장)을 사용해서 교체적으로 행할 수 있는 조명광학계를 가진 투영광학장치를 사용하여 상기 언급한 2중노광에 의거해서 생성될 수 있다.
도 14 및 도 15는 파장 λ=248㎚이 레이저광을 생성하는 KrF엑시머레이저의 광원을 가진 스텝퍼(투영노광장치)를 사용하여 제 2실시예의 2중노광에 의해서 얻을 수 있는 예를 도시한다. 웨이퍼의 레지스트는 0.12마이크론의 최소라인폭을가진 도 14에 표시된 게이트패턴의 이미지으로 노광된다. 그후에 현이미지를 행하지 않고서 레벤슨형 위상시프트마스크는 레지스트상의 게이트패턴이미지의 동일한 노광위치에 고콘트라스트의 간섭무늬의 화이미지를 중첩적으로 인쇄하기 위해 사용되어 간섭무늬의 밝은 부분이 게이트패턴의 최소라인폭 패턴부분의 이미지로 등록된다. 그에 대한 노광조건을 다음에 상세하게 설명한다.
이 투영렌즈는 0.3의 NA를 가지고, 조명계에 대해서는 레벤슨형 위상시프트마스크를 사용한 주기패턴노광용으로 σ=0.3을 가진 수직조사를 행하고 또한 링외경에서 σ=0.8을 가진 링형상 조명을 하고 링내경에서 σ=0.6을 가진 링형상 2차 광원(광학인테그레이터의 광출면에 인접하거나 거기에서의 광원)으로부터의 광을 사용해서, 게이트패턴을 가진 마스크를 사용하는 통상의 노광을 위한 경사진 조명을 행하도록 배열될 수 있다. 노광량은 통상의 노광에 의한 노광량이 주기패턴노광의 2배가 되도록 설정될 수 있다.
도 15에 있어서, 최상의 행은 주기패턴노광에 의한 간섭무늬(화상)에 의해서 형성되는 레지스트상의 노광량분포를 도시한다. 제 2행은 통상의 노광의 게이트패턴이미지에 의한 레지스트상의 노광량분포를 도시한다. 제 3행은 주기패턴을 구비한 2중노광과 투영노광에 의해 형성되는 노광량분포를 도시한다. 제 4행은 레지스트현상의 결과로서, 웨이퍼상에 형성되는 표면공정패턴(레지스트패턴)을 도시한다.
각 행에 있어서, 투영광학계의 초점위치에 대한 웨이퍼의 0.0마이크론의 초점흐림량, 0.2마이크론의 초점흐림량, 0.5마이크론의 초점흐림량 각각의 경우에 관해서 노광량분포와 표면공정패턴을 도시한다.
도 15의 제 2행에 도시한 바와 같이, 하나의 투영노광공정으로서는 흐려지기 때문에 우수한 콘트라스트와 미세한 게이트패턴화이미지를 얻을 수 없다. 그러나 투영노광에 의해 레지스트상에 한정된 노광위치상에서 도 15의 제 1행에 주기패턴의 고콘트라스트이미지를 중첩함으로써 미세게이트패턴이미지부분(최소라인폭패턴S의 이미지)을 대비해서 개선하고, 도 15의 제 3행에 도시한 바와 같이 분리할 수 있다. 도 15의 제 4행에 표시한 바와 같이 소망의 게이트패턴에 대응하는 표면공정패턴을 실제적으로 생성시킬 수 있었다.
도 19는 본 발명에 따른 다중노광방법에서 주기패턴노광을 행할 수 있는 2중빔간섭노광용 노광장치의 예의 개략도이다. 도 19의 (201)은 파장을 분리하고 결합하는 2중빔간섭용 광학계이고, 그 기체구조는 도 2의 광학계와 동일하다. (202)는 KrF엑시머레이저(약 248㎚의 파장) 또는 ArF엑시머레이저(193㎚의 파장)이다. (203)은 해프미러이고, (204)는 평미러이다. (205)는 완전히 유지고정된 광학계의 위치관계를 가지거나 기준라인(길이)으로서 위치관계를 비례적으로 검출할 수 있는 축외형 정렬광학계이다. 이 정렬광학계는 웨이퍼(206)상의 정열마크(209)를 관찰하도록 작동해서 웨이퍼의 자동정렬에 대한 위치를 검출한다. (207)은 광학계(201)의 광축에 수직한 X-Y평면을 따르고 광축방향(Z방향)을 따라서 이동가능한 X-Y-Z스테이지이다. X, Y방향에 대한 이 스테이지의 위치는 예를 들면 레이저간섭계(도시생략)를 사용해서 정밀하게 제어할 수 있다. 이들 장치(205),(207)의 구조와 기능이 이 기술분야에서 공지되어 있으므로 그 상세한 설명을 생략한다.
도 20은 주기패턴노광용 2중빔간섭노광장치와 통상의 노광용 투영노광장치를 구비하고, 본 발명에 따른 노광방법을 행하는 고해상도 노광계의 개략도이다.
도 20의 (212)는 도 19에 표시된 광학계(201),(205)를 포함하는 2중빔간섭노광장치이다. (213)은 조명광학계(도시생략), 레티클정렬광학계(214), 웨이퍼정렬용 축외정렬광학계(217) 및 도 14에 표시된 바와 같이 축소스케일의 웨이퍼(218)상에 마스크(215)의 회로패턴을 투영하기 위한 투영광학계(216)를 구비한다. 노광장치(213)의 조영광학계(도시생략)는 이전에 언급한 제 2실시예에 사용하는 투영노광장치와 마찬가지로 큰 σ조명을 행하도록 동작가능하고, 링내경에서 σ=0.6, 링외경에서 σ=0.8의 링형상조명을 행할 수 있다.
레티클정렬광학계(214)는 마스크(215)상에 정렬마크(220)를 관찰하도록 동작가능하여 레티클자동정렬에 대히 그 위치를 검출한다. 웨이퍼정렬광학계(217)는 웨이퍼(206)상의 정렬마크(209)를 관찰하도록 동작가능하여 투영노광과 2중빔 간섭노광 양쪽에 대해서 그 위치를 검출하여 웨이퍼자동정렬을 행한다. 이들 광학계(214),(215),(217)의 구조와 기능이 이 분야에 공지되어 있으므로 상세한 설명을 생략한다.
도 20의 (219)는 2중빔 간섭노광장치(212)와 투영노광장치(213)양쪽에 사용하는 하나의 X-Y-Z스테이지이다. 이 스테이지(219)는 이들 노광장치(212),(213)의 광축(208),(221)에 수직한 평면을 따르고, 광축방향을 따라서 이동가능하다. X, Y방향에 대한 스테이지의 위치는 예를 들면 레이저간섭계를 사용해서 정밀하게 제어할 수 있다.
거기에 유지된 웨이퍼(218)를 가진 스테이지(219)는 도 20의 위치(1)로 이동되고 거기에서 웨이퍼(218)의 위치를 정확하게 측정한다. 측정결과에 의거해서, 웨이퍼(218)는 2중빔간섭노광(주기패턴노광)이 웨이퍼(218)에 행해지는 노광장치(212)내의 노광위치로 이동된다. 그후에 도 20의 위치(3)로 이동시켜서 웨이퍼(218)의 위치를 정확하게 측정한다. 다음에 위치(4)로 표시된 노광장치(213)내의 노광위치로 이동시켜서 웨이퍼(218)에 투영노광(통상의 노광)을 행한다.
노광장치(213)에 있어서, 축외정렬광학계(217)는 투영광학계(216)를 개재해서 웨이퍼(218)의 정렬마크를 관찰하여 그 위치를 검출하는 TTL정렬광학계(도시생략) 또는 투영광학계(216)와 마스크(215)를 개재해서 웨이퍼(218)의 정렬마크를 관찰하여 그 위치를 검출하는 TTR정렬광학계(도시생략)로 교체될 수 있다.
도 21은 본 발명의 다중노광방법이 가능한 주기패턴노광(고콘트라스트투영노광)과 통상의 투영노광(조콘트라스트의 이미지 또는 고, 저콘트라스트를 혼합한 이미지의 투영노광) 양쪽을 행할 수 있는 고해상도 노광장치의 개략도이다.
도 21의 (221)은 KrF엑시머레이저(약 248㎚의 파장) 또는 ArF엑시머레이저(약 193㎚의 파장)이고, (222)는 조명광학계이다. (223)은 마스크이고, (224)는 마스크스테이지이다. (227)은 축소된 스케일로 웨이퍼(228)상에 마스크(227)의 회로패턴을 투영하는 투영광학계이다. (225)는 스테이지(224)에 대해서 회로패턴이 없는 주기패턴레티클과 그 위에 형성된 도 14의 회로패턴을 가진 마스크와, 예를 들면 레벤스형 위상시프트마스크와 같은 에지시프터형 마스크와 위상시프터가 없는주기패턴마스크중 하나를 선택적으로 공급하는 마스크(레티클)변환기이다. 이 주기패턴레티클은 주기패턴와 다른 위치에 형성된 회로패턴의 임의의 형을 가진 것이다.
도 21의 (229)는 2중빔간섭노광에 의거한 주기패턴노광과 투영노광에 의거한 통상의 노광 양쪽에 사용하는 하나의 X-Y-Z스테이지이다. 이 스테이지(229)는 광학계(227)의 광축에 수직한 평면을 따르고, 광축을 따라서 이동가능하다. X, Y방향에 대한 스테이지의 위치는 예를 들면 레이저간섭계를 사용해서 정밀하게 제어할 수 있다.
도 21의 노광장치는 레티클정렬광학계(도시생략)와, 도 20을 참조해서 언급한 바와 같은 축외정렬광학계(217)를 구비한다. 이에 추가해서 이 노광장치는 TTL정렬광학계와 TTR정렬광학계(둘다 도시생략)를 포함한다. 이들 정렬광학계를 사용함으로써 마스크(223)와 웨이퍼(228)의 투영영역의 정렬을 행할 수 있다.
도 21의 장치의 조명광학계(222)는 구성되어서 큰 σ부분 간섭성조명과 부분간섭성조명 및 간섭성 조명중 하나를 교체적으로 행할 수 있다. 간섭성 조명에 대해서는 도 17 및 도 18을 참조해서 언급한 바와 같이 블록(230)내의 조사광(1a) 또는 (1b)를 공급하고, 한편 작은 σ부분간섭성 조명에 대해서는 블록(230)내의 조사광(1c)을 언급한 레벤슨형 위상시프트마스크, 에지시프터형 마스크와 위상시프터가 없는 주기 크롬패턴마스크중의 하나의 양쪽에 공급한다. 큰 σ부분 간섭성 조명에 대해서는 블록(230)내의 조사광(2)을 그 위에 형성된 소망의 회로패턴을 가진 마스크에 공급한다. 큰 σ부분 간섭성패턴으로부터 작은 σ부분간섭성패턴으로 변경하는 것은 전자와 비교해서 충분히 작은 구경직경을 가진 간섭성조명조리개에 의해 조명광학계(222)의 플라이대물렌즈 다음에 통상 설치된 큰 구경직경으로 조리개를 교체함으로써 행해진다. 여기에서 큰σ는 σ≥0.6이고, 작은 σ는 σ≤0.3이다. 블록(230)내의 조사광(2) 대신에 상기 언급한 링형상 조명광을 사용할 수 있다.
상기 언급한 노광방법 및 노광장치는 반도체칩(예를 들면, IC 또는 LSI), 표시장치(예를 들면 액정패널), 검출기소자(예를 들면, 자기헤드), 또는 화상입력장치(예를 들면 CCD) 등과 같은 각종 디바이스의 제조에 사용할 수 있다.
본 발명은 상기 언급한 실시예에 한정되지 않는다. 각종 변형은 본 발명의 범위내에서 가능하다. 특히, 2중빔간섭노광과 같은 주기패턴노광과 통상의 노광에서 노광의 레벨과 노광의 횟수는 소망한 바와 같이 선택할 수 있다. 더욱이, 노광패턴의 중첩에 대해서는 예를 들면 약간의 변이로 중첩시킬 수 있다. 상기와 같은 선택과 조정은 생성되는 회로패턴의 변화를 확대시킬 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 노광량 설정방법의 예를 설명한다.
도 90은 노광에 의해서 웨이퍼상에 한정된 농도분포를 그 하부에 표시한다.
도 90의 (A)에서의 노광량분포는 주기패턴으로 노광한 결과이고, 이상적으로는 1과 0의 사각형파를 구비한다. 하지만, 라인폭이 2중빔간섭노광의 해상도한계근처에 있기 때문에, 0차광과 1차광에 의해 형성된 사인(sine)파를 구비한다. 사인파의 최대치는 I0로 표시하고, 최소치는 I1로 표시한다. 여기서 조명조건의 σ에 따라서 I0및 I1의 값을 결정한다.
도 90의 (B)에서의 노광량분포는 통상의 또는 표준의 노광결과이고, 각각의 부분에서 대표값을 표시한다. 투영노광에 의해 형성된 이 노광패턴의 최소라인폭 부분은 분리되지 않고 흐려진다. 따라서, 이 지점에서의 광강도가 저하된다. 노광량은 패턴중심부분 b, 반대쪽 부분d 및 반대쪽으로부터 흐려지는 중심부분c, 내로 대략 분리될 수 있다. 최소라인폭의 2배의 라인폭은 b, c, d의 값보다 커진다. 하지만 투영노광의 해상도 한계에 근사한 라인폭이기 때문에, 약간 흐려지고,a의 값을 취한다. 이들 값 a, b, c, d는 조영조건에 따라서 변화될 수 있다.
도 90의 (C)에서의 노광량은 도 90(A)의 노광패턴과 도 90(B)의 노광패턴을 첨가한 결과이다.
2중빔노광과 투영노광에 의한 노광시의 광량비는 각각의 노광시의 조명조건에 따라서 다르다. 또한 노광의 광량비율은 조명계의 조명비율로서 결정되고 다음과 같이 표현된다.
"2중빔간섭노광":"투영노광"=1:k
여기서 k값은 다음과 같이 결정된다.
도 90의 (C)에서의 노광량분포는 상기 언급한 노광량분포와 광량비를 사용하고 아래의 식을 사용해서 표현될 수 있다.
a'=k×a+I0
a"=k×a+I1
b'=k×b+I0
c'=k×c+I1
d'=k×d+I1
소정의 게이트패턴을 얻기 위하여, 아래의 관계식은 레지스트의 증감임계치 IC에 대해서 주어져 있다.
예를 들면 레지스트가 네거티브형이면 다음과 같다.
a'＞IC
a"＞IC
b'＞IC
c'＞IC
d'＞IC
바람직하게, a', a", b'값은 작은 차이를 가지고, 특히 c',b'값은 바람직하게 큰 차이를 가진다. 이들 공식을 풀면, 각각의 조명조건의 최적광량비를 결정할 수 있다. 특히 미세패턴에 관한 다음의 2개 공식이 중요하다.
네거티브형 레지스트에 대해서는:
k×b+I0＞IC
k×b+I1＞IC
포지티브형 레지스트에 대해서는:
k×b+I1＞IC
k×c+I0＞IC
포지티브형 레지스트에 있어서, 노광량분포에서의 양적인 관계가 반대로 되고, 레지스트임계치IC를 가진 불균등심벌이 역전되면, 최적광량비도 마찬가지로 결정될 수 있다.
상기 언급한 투영노광과 2중빔간섭노광을 위한 2개의 다른 조명방법을 결합하면, 도 14에 표시된 바와 같은 미세회로패턴을 생성시킬 수 있다. 이하 이것을 상세하게 설명한다.
본 실시예에 있어서, 2중빔간섭노광과 통상의 투영노광사이에 삽입하는 현상공정이 없다. 따라서, 이들 노광의 노광패턴이 겹쳐지는 영역에서 노광량이 축적되고, 누적노광량(분포)은 분리노광패턴을 한정한다.
도 91A 및 91B뿐 아니라 도 92A 및 92B는 248㎚의 파장의 KrF엑시머스테퍼를 사용하는 구체적인 예를 표시한다.
좀더 구체적으로, 0.12마이크론의 최소라인폭을 가지고 도 14에 표시된 바와 같은 게이트패턴은 통상의 노광에 의해서 인쇄되고, 여기에 추가해서, 레벤슨형 위상시프트마스크는 그 최소의 라인폭 상에 주기패턴을 중첩적으로 인쇄한다.
투영렌즈는 0.6의 개구수 NA를 가졌고, 조명계의 σ는 레벤슨형 마스크를 사용하는 노광에 대해서 0.3이었다. 통상의 마스크노광에 대해서는 σ=0.3, 0.6,0.8의 링형상 조명방법을 채택했었다.
주기패턴의 노광을 위상시피트마스크를 사용한 2중빔노광에 따라서 행하면, 예를 들면 간섭성조명은 σ의 값을 0으로 하거나 0에 근접하게 한다. 만약 그 값이 너무 작으면, 단위 시간당 노광량이 감소되어 노광시간을 연장시킨다.
주기패턴노광에 대해서 σ는 0.3이하가 바람직하다. 따라서 레벤슨 마스크노광에서 그 값은 최대로 0.3이다.
통상의 노광에 대해서는 일반적인 부분간섭성조명을 사용한다. 만약 σ가 커지면, 복합한 형상의 재현상이 나아지고, 깊이가 증가한다. 이러한 경향은 내부의 조명분포가 외부보다 낮아지는 링형상 조명방법에서 더욱 주목되나 대비는 불이익하게 낮아진다.
도 91A에 표시된 바와 같이, 2중노광이 주기패턴노광과 동일한 σ=0.3의 조명조건하에서 하는 통상의 노광으로 행해지면, 게이트패턴은 0±0.2마이크론의 초점흐림범위에서 분해될 수 있다. 그러나 그 라인 패턴부분이 파동치고, 좁은폭 부분이 파괴의 인자로 되는 것은 바람직하지 않다.
통상의 패턴노광에 대해서는 σ를 0.6이상으로 하는 것이 바람직하다. 도 91B에 표시된 바와 같이 통상의 노광에서 0.6의 σ로 게이트패턴을 0±0.4마이크론의 초점흐림범위내에서 분리할 수 있고, 라인패턴부분의 굴곡을 제거한다. 통상의 노광과 주기패턴노광사이의 노광량비는 1.5:1이었다(통상의 노광:주기패턴노광).
도 92A에 표시된 바와 같이, 통상의 노광의 σ가 0.8만큼 크면, 복잡한 패턴의 재현성이 개선된다. 통상의 노광과 주기패턴노광사이의 노광량비는 2:1(통상의 패턴노광: 주기패턴노광)이었다. 통상의 패턴노광에 대해서는 노광량이 주기패턴노광보다 2배이상인 것이 바람직하다.
도 92B는 통상의 노광을 링형상 조명방법에 따라서 형성하는 2차원 강도분포를 표시하고, 그 강도는 링내부에서, 0.6으로부터 외부에서 0.8로의 조도를 1로 취하면 링내부에서 0.6이하의 조도를 0으로 취하는 것을 표시한다. 통상의 노광과 주기패턴노광사이의 노광량비는 2.5:1(통상의 노광:주기패턴노광)이었다.
링형상조명에서는 복잡한 형상의 재현성이 σ=0.8의 경우와 비교해서 나아지고, 또 그 깊이도 넓어진다. 우수한 화상은 ±0.4마이크론 이하의 초점흐림으로 생성되었다.
상기 언급한 바와 같이, 미세회로패턴은 주기패턴노광을 사용하는 2중노광에 따라서 생성될 수 있다. 낮은 광강도와 저콘트라스트에 기인해서 통상의 노광의 미세패턴은 항상 분리되지는 않는다. 그러나, 고콘트라스트의 주기패턴노광으로 결합하거나 중첩시킴으로써 콘트라스트를 개선함으로써 미세패턴을 분리할 수 있다.
한편, 통상의 노광패턴의 해상도보다 더 넓은 패턴에 대해서는 주기패턴노광의 강도가 그 위에 중첩되어 콘트라스트가 농후해진다. 그러므로, 주기패턴노광의 라인폭의 다수에 대응하는 폭으로는 선명한 에지의 화이미지를 생성할 수 있다. 그래서, 본 실시예의 노광방법에 따르면, 0.12마이크론으로서 작은 라인폭을 가진 회로패턴은 예를 들면 σ 또는 광량비와 같은 조명조건을 변경할 수 있는 조명광학계를 가진 투명광학계를 사용해서 생성시킬 수 있다.
주기패턴노광과 통상의 노광사이의 광량비에 대해서는 조명조건의 조합에 따른 최적의 값을 상기 언급한 공식으로 결정하였다.
[조명조건 1]
주기패턴노광을 σ=0.3으로 행했고, 통상의 패턴노광을 σ=0.3으로 행했다. 도 90(A)의 하부에 표시된 주기패턴노광에 의해 형성된 노광량분포와, 도 90(B)의 하부에 표시된 통상의 투영노광에 의해 형성된 노광량분포는 다음과 같다.
I0=0.80
I1=0.23
a=1.31
b=0.34
c=0.61
d=0.09
k=1.0
이것은 최적값이고 다음에
a'=2.11
a"=1.54
b'=1.21
c'=0.89
d'=0.32
를 얻었다. 비교하기 위해 a'의 최대값을 1로 정규화해서 다음의 결과를 얻었다.
a'=1.0
a"=0.73
b'=0.57
c'=0.42
d'=0.15
I0=0.38
[조명조건 2]
주기패턴노광을 σ=0.3으로 행했고, 통상의 패턴노광을 σ=0.6으로 행했다.
I0=0.80
I1=0.23
a=1.25
b=0.44
c=0.53
d=0.13
k=1.5
이것이 최적값이고, 다음에
a'=2.68
a"=2.11
b'=1.46
c'=1.03
d'=0.43
을 얻었다. 비교하기 위해 a'의 최대값을 1로 정규화해서 아래의 결과를 얻었다.
a'=1.0
a"= 0.79
b'=0.55
c'=0.38
d'=0.16
I0=0.30
[조명조건 3]
주기패턴노광을 σ=0.3으로 행했고, 통상의 패턴노광을 σ=0.8로 행했다.
I0=0.80
I1=0.23
a=1.20
b=0.48
c=0.47
d=0.16
k=2.0
이것이 최적값이고, 다음에
a'=3.20
a"=2.63
b'=1.76
c'=1.17
d'=0.55
를 얻었다. a'의 최대값을 1로 정규화해서 아래의 결과를 얻었다.
a'=1.0
a"=0.82
b'=0.55
c'=0.37
d'=0.17
I0=0.25
[조명조건 4]
주기패턴노광을 σ=0.3으로 행했고 통상의 패턴노광을 링형상 조명에서 σ=0.8로 행했다. σ=0.6이하의 내부(링내부)에서의 조도분포는 0(zero)이었다.
I0=0.8
I1=0.23
a=1.10
b=0.47
c=0.36
d=0.19
k=2.5
이것이 최적값이고, 다음에
a'=3.55
a"=2.98
b'=1.98
c'=1.13
d'=0.71
을 얻었다. a'의 최대값을 1로 정규화해서 아래의 결과를 얻었다.
a'=1.0
a"=0.84
b'=0.56
c'=0.32
d'=0.20
I0=0.23
상기 예에 있어서, 레지스트임계치는 최대노광량 3에 대해 1.5이다. 최대노광량에 대해 정규화하면 레지스트임계치는 0.5이다.
이렇게 정규화된 노광량분포를 검사하면, a', a", b'의 값이 정규화된 레지스트임계치 0.5보다 크고, c', d', I0의 값은 그 임계치보다 작다는 것을 알았다.
현상공정후에, 레지스트임계치보다 큰 노광량을 가진 부분이 잔류한다. 그러므로, a',b'의 노광량을 가진 부분만이 현상공정후에 잔류한다. 그래서 도 90(C)의 하부의 흐린부분은 현상공정후에 잔류하는 형상에 대응한다.
일반적으로 통상의 노광패턴의 노광을 위해서는 주기패턴의 노광을 위한 노광량의 약 2배의 노광량이 적당하다. 통상의 노광패턴의 노광을 위한 조명조건과 주기패턴의 노광을 위한 조명조건의 조합에 따라서 최적의 노광량비를 결정한다. 이것은 상기 언급한 공식에 따라서 결정한다.
상기 언급한 공식에 의거해서 조명조건의 각종 조합을 계산하면, 주기패턴노광에 대해 σ가 0.3이고, 통상의 패턴노광에 대해 조명조건σ가 0.8이하인 경우에는 주기패턴노광을 위한 노광량의 2배이하의 노광량으로 우수한 결과를 얻을 수 있다.
주기패턴에 대하 σ=0.3이고 통상의 패턴노광을 위한 조명조건이 링형상 조명에 의거하고 링의 폭이 작으면, 통상의 패턴에 대한 노광량은 주기패턴노광에 대한 노광량의 2배 이상인 것이 바람직하다.
주기패턴노광의 조명조건σ가 0.3이하이면, 통상의 패턴노광의 노광량은 주기패턴노광의 노광량의 2배이상인 것이 바람직하다.
도 22 내지 26H를 참조해서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광방법을 설명한다.
도 22는 본 실시예에 따른 노광방법을 설명하는 플로우차트이다. 도 22의 플로우차트는 (본 발명의 노광방법)의 고콘트라스트이미지노광공정, (예를 들면 투영노광에 의해 행해지는) 통상의 표준의 노광공정 및 현상공정의 프로세스와 흐름을 표시한다. 도 22에 있어서, 고콘트라스트이미지노광과 통상의 노광의 순서는 반대이거나, 동시에 행할 수도 있다. 이들 노광공정중 하나가 복수의 노광(예를 들면 2회이상의 다중노광)을 포함하면, 고콘트라스트이미지노광과 통상의 노광을 별도로 행할 수 있다. 비록 도면에서 생략했더라도 이들 노광공정사이에 정밀한 정렬을 위한 공정을 삽입한다.
광차단부분을 가지지 않은 위상시프트마스크를 사용해서 고콘트라스트이미지노광을 행하는 동안 도 22에 표시된 수순을 행하면, 우선 웨이퍼의 레지스트가 도 23A에 표시된 바와 같은 마스크M으로 노광되어 고콘트라스트이미지를 인쇄할 수 있다. 이 도면에서 (1)은 석영으로 이루어진 기판이고, (2)는 석영으로 이루어진 위상시프터이다.
도 23A는 광차단부분을 가지지 않고, 2개의 인접영역을 통과하는 광에 위상차이를 부여하는 기능을 가진 위상형 마스크 M의 예를 표시한다. 그 둘레의 다른 영역(마스크패턴)을 통과하는 광과 비교해서, 거기를 통과하는 광에서 180°(±30°)에 의해 위상의 변화를 발생시키기 위한 효과적인 두께의 위상시프터(2)를 가진다. 도 23B는 예를 들면 도 21에 표시된 바와 같이 투영노광장치를 사용해서 도23A의 위상시프트마스크M의 패턴(2)을 투영하여 레지스트를 노광함으로써 생성된 노광량분포를 표시한다. 투영광학계의 축소배율을 고려하면서 위상시프터(2)를 도 23B의 웨이퍼상의 노광량분포에 중첩시키면, 이 노광량분포는, 이 위상시프터(2)의 중심에서 최대이고, 이 위상시프터(2)의 에지에 대응하는 위치에서 최소인 분포이다. 만약 위상시프터의 라인폭L2가 투영광학계의 NA에 의해 결정된 해상도한계에 근접하면, 최대값을 가진 중심부에서의 노광량분포는 도 23B에 표시된 바와 같이 사인파에 근접한 분포이다. 한편, 다음의 주기의 강도분포에 대응하는 전체노광량분포의 반대면에 작은 감소가 있다.
위상시프터(2)의 패턴으로만 노광되어진 레지스트를 현상할때, 웨이퍼레지스트임계치Eth가 도 23B에 표시된 바와 같이 설정되면, 도 23C에 표시된 바와 같이 2개의 선형돌기를 가진 레지스트패턴을 포지티브형 레지스트를 사용해서 생성할 수 있고, 도 23D에 표시된 바와 같이 2개의 선형홈을 가진 레지스트패턴을 생성할 수 있다.
그러나, 본 실시예에 있어서, 도 23B에 표시된 노광감도설정(노광한임계치 Eth)을 사용하지 않으나, 도 233에 표시된 바와 같이, 고콘트라스트이미지노광에서 중심노광량을 1로 취할때 웨이퍼(감광기판)에 대한 레지스트노광임계치Eth를 1이상으로 설정한다. 이 경우에는, 도 23A의 위상시프트(2)패턴으로 노광함으로써만 형성된 노광패턴(노광량분포)이 불충분한 노광량을 가지므로, 현상의 결과로서 미소막두께변화가 있더라도 두께가 없는 부분이 생성되지 않는다. 이어서 리소그래피패턴(표면레벨차이패턴)이 웨이퍼상에 형성되지 않는다. 이것은 패턴의 사라짐으로 여겨진다.
도 23F는 포지티브형 레지스트를 본 예에 사용하는 경우에 현상의 결과를 표시하고, 도 23G는 네거티브형 레지스트를 사용하는 경우에 결과를 표시한다.
본 실시예의 중요한 형태는 (i)노광에 의해서만 사라지는 고해상도와 고콘트라스트의 노광패턴과, (ii) 다른 라인폭의 복수의 패턴(노광에 의해서 분리되지 않도록, 통상의 투영노광장치의 해상도보다 큰 사이즈와 저콘트라스트의 패턴을 포함함)을 가진 임의의 형상의 노광패턴을 서로 혼합함으로써 다중노광을 행하고, 이 결과로서 단지 소망의 레지스트의 영역이 레지스트노광임계치Eth이상의 노광량으로 노광되어 상기 소망의 형상의 노광패턴(마스크패턴)에 대응하는 소망의 리소그래피패턴을 최종적을 생성할 수 있다는 것에 있다.
도 24A 내지 24G를 참조해서, 절연라인패턴(이미지)에 대한 노광방법을 설명한다. 도 24A는 도 23A에 표시된 바와 같이 마스크패턴을 가진 위상형 마스크M을 표시하고, 도 24B는 이 위상형 마스크를 사용한 투영노광에 의해 형성된 웨이퍼레지스트상의 노광량분포를 표시한다.
도 24C는 도 22의 통상의 노광공정에 대응하는 투영노광을 위해 사용하는 회로패턴을 가진 마스크Ma를 표시한다. 이 마스크Ma의 회로패턴이 투영노광장치의 해상도보다 작은 극소패턴을 가지기 때문에 라인폭Lx의 패턴을 분리할 수 있으므로, 웨이퍼상에 형성된 패턴화상의 생성된 강도분포가 도 24D에 표시된 바와 같이흐려지고 퍼진다. 이 콘트라스트는 낮다. 그러한 저콘트라스트이미지로 노광하지만, 레지스트상의 결과의 노광분포는 도 24D에 표시한 바와 같을 것이다. 노광임계치Eth가 노광량E2보다 낮을지라도, 마스크Ma의 라인폭Lx에 대응하는 라인폭의 미세돌기와 홈을 가진 레지스트패턴은 생성될 수 없다.
본 실시예에 있어서, 마스크Ma의 미세패턴은 투영노광장치에 의해 분리될 수 있는 라인폭(해상도)의 약 절반의 라인폭을 가진다.
마스크Ma의 패턴의 라인폭은 투영노광장치의 해상도의 1/2 내지 1/4의 범위일 수 있다.
도 24C의 마스크Ma의 미세패턴을 가진 레지스트를 노광하는 통상의 노광이 현상공정을 삽입하지 않고서 도 24A의 위상형 마스크M을 사용하는 고콘트라스트이미지로 노광한 후에 별도의 마스크를 사용하고 동일한 노광파장을 사용함으로써, 동일한 레지스트상의 동일한 영역에 중첩적으로 행해지면, 이러한 2중노광에 의해 형성된 레지스트의 영역상의 전체노광량분포가 도 24B 및 도 24D의 분포가 결합되어 있는 도 24E에 표시된 바와 같을 것이다. 여기서, 마스크M의 위상시프터(2)의 고콘트라스트이미지로 노광한 노광량 E1과 마스크Ma의 패턴으로 통상의 노광된 노광량E2사이의 비율은 1:1로 설정되어 있다. 또한, 레지스트노광임계치Eth는 노광량E1과 노광량E2의 합계(=2)와 노광량E1(=1)사이에 설정되어 있다.
그러므로, 도 24F에 표시된 바와 같은 리소그래피패턴은 포지티브형 레지스트를 사용할때 생성될 수 있고, 도 24G에 표시된 바와 같은 리소그래피패턴은 네가티브형 레지스트를 사용할때 생성될 수 있다. 이 수순에 있어서, 도 24A의 위상형마스크M에 의한 노광패턴의 중심과 도 24C의 마스크Ma의 패턴에 의한 노광패턴의 최대값위치(피크)는 서로 등록시에 레지스트상에 위치되어야 한다.
도 24F 또는 도 24G에 표시되고, 본 실시예의 2중노광방법에 의해 형성된 절연라인 리소그래피패턴은 위상형 마스크로 노광함으로써 결정된 해상도를 가진다. 또한, 불필요한 패턴이 없다. 따라서, 통상의 투영노광의 해상도이상의 미소라인폭의 패턴을 이 2중노광에 의해서 달성한다.
도 25A 내지 도 25H를 참조해서, 고콘트라스트이미지(고콘트라스트노광패턴)이 위상형 마스크M뿐아니라 이 예에 대응하는 노광량분포에 의해서 생성되고, 웨이퍼(레지스트)상에 형성될 때 위상시프터의 구성예를 설명한다. 이들 도면에 있어서, 음영영역은 위상시프터를 표시한다.
도 25A는 단지 하나의 에지만을 가진 마스크의 단면도이다. 또한 도 25B에 표시된 바와 같이 웨이퍼상에 노광량분포를 형성한다. 이것은 하나의 흑색 줄의 패턴에 상응한다. 도 25C는 상기 언급한 바와 같이 절연패턴을 가진 마스크M의 구성단면도를 표시한다. 그것은 도 25D에 표시한 바와 같이 2개의 흑색줄과 그 사이에 하나의 흰색줄을 가진 패턴에 대응하는 웨이퍼레지스트상의 노광분포를 형성하는 기능을 한다. 도 25E는 3개의 흑색줄과 그 사이에 2개의 흰색줄을 가진 패턴에 대응하는 노광량분포를 효과적으로 생성하기 위해 위상시프터를 가진 마스크M의 구성의 단면도이다. 도 25F에 표시된 바와 같은 노광량분포를 웨이퍼레지스트상에 생성시킨다. 도 25G는 그 숫자가 늘어난 경우이고 4개의 흑색줄과 그사이에 3개의 흰색줄을 가진 패턴에 대응하는 노광량분포를 효과적으로 생성하는 마스크M의 구성단면도를 표시한다. 도 25H는 이에 대응하는 노광량분포를 표시한다.
본 실시예에 있어서, 고γ의 레지스트를 웨이퍼에 사용하여 웨이퍼레지스트를 위상마스크M의 위상시프터의 패턴의 고콘트라스트이미지로 노광시킨다. 이후에, 고콘트라스트이미지로 노광되어진 레지스트상의 동일한 위치는 통상의 노광공정에 따르고, 동일한 노광파장을 사용함으로써 다른 라인폭의 복수의 패턴(분리할 수 없는 극소라인폭의 라인-앤드-스페이스(line-and-space)패턴을 포함함)을 가진 마스크패턴으로 다시 노광된다. 다음에 이렇게 2중노광된 웨이퍼는 소정의 노광임계치Eth에서 현상공정에 의해 처리됨으로써 마스크패턴에 대응하는 작은 라이폭 패턴을 가진 회로패턴이 생성된다. 도 24B와 24D의 노광량분포에서 최대노광량은 노광임계치 미만임을 주목한다.
상기 언급한 본 실시예의 2중노광방법의 원리를 아래와 같이 정리한다.
(1) 통상의 노광을 행하지 않는 영역의 노광임계치Eth이하의 최대 노광량에서 고콘트라스트이미지로 노광한 영역에 형성된 노광패턴은 현상의 결과로서 제거된다.
(2) 레지스트노광임계치Eth이하의 노광량을 레지스트에 부여하는 통상 노광의 노광패턴영역(노광영역)에 대해서는, 각각의 통상의 노광과 고콘트라스트이미지노광에 의한 노광패턴의 조합에 의해 결정된, 고콘트라스트이미지노광에 의해 형성된 노광패턴과 동일한 해상도를 가진 노광패턴이 그 영역에 형성될 수 있다.
(3) 레지스트노광임계치 Eth이상의 노광량을 레지스트에 부여하는 통상 노광의 노광패턴영역(노광영역)에 대해서는 각각의 통상의 노광과 주기패턴노광에 의한 노광패턴에 의해 결정된, 통상의 노광에 의한 노광패턴과 동일한 해상도를 가진 노광패턴이 그 영역에 형성될 수 있다.
또한, 최대해상도의 노광패턴에 대해서 통상의 노광에 의한 것보다 상당히 더 큰 초점심도를 형상할 수 있다는 본 실시예의 2중노광방법에서의 다른 효과가 있다.
저콘트라스트이미지와 고콘트라스트이미지를 포함한 마스크패턴화이미지를 사용한 통상의 노광과 고콘트라스트이미지의 순서에 대해서는, 상기 설명에서 전자를 먼저 행하면, 그 순서를 반대로 할 수 있거나, 그들을 동시에 행할 수 있다.
다음에, 웨이퍼상에 접촉구멍과 같이 2차원절연패턴을 생성하는 실시예를 설명한다. 도 26A 내지 도 26H는 그러한 2차원 절연패턴을 형성하는 방법을 도시한다.
도 26A는 접지로서 고콘트라스트이미지와 웨이퍼상의 대응노광량 분포를 형성하는 위상형 마스크M의 단면도이다.
도면의 (2)에서 음영부분은 다른 영역을 통과하는 광과 비교해서 180°로 통과하는 광의 위이미지를 시프트하는 위상시프터(2)에 상당한다. 위상시프트가 발생하는 위상시프터(2)의 에지둘레에서는 노광량이 감소한다. 위상시프터에지의외부에 감소된 노광량영역은 흐린면으로 표시되고, 위상시프터에지의 내부에 감소된 노광량영역은 중첩시에 마스크상의 사각실선으로 도시되어 있다.
도 26B 내지 도 26H는 고콘트라스트이미지를 효과적으로 생성하는 위상형 마스크M의 부분과, 저콘트라스트이미지와 고콘트라스트이미지뿐 아니라 대응노광량분포를 효과적으로 생성하는 다른 라인폭의 복수의 패턴을 가진 회로패턴을 가진 마스크Ma의 부분의 단면을 표시하고, X축방향에 관한 것은 왼쪽에 표시하고, Y축에 관한 것은 오른쪽에 표시한다. 더 구체적으로, 도 26B는 X방향과 Y방향에 따른 마스크M의 단면을 각각 표시한다. 도 26C는 X축 및 Y축 단면 각각에 대해서 마스크M의 고콘트라스트이미지로 노광되어진 레지스트상의 노광량분포를 표시한다. 마스크M의 위상시프터(패턴)(2)가 그의 X축방향에서의 폭보다 큰 Y축방향에서의 폭을 가지기 때문에, Y축단면에서의 노광량분포는 X축방향에서의 노광량분포의 형상과 동일한 형이미지를 가지므로 후자가 퍼져있다.
도 26D는 X축 및 Y축방향에 대해서 통상의 노광시에 투영되는 마스크Ma의 개구부의 단면을 표시하고, 이 개구부는 Lx, Ly의 사이즈를 가진다. Lx, Ly의 사이즈는 노광장치의 해상도보다 작으므로 통상의 노광에 의해서 분리되지 않는다. 따라서, 패턴Ma의 개구부의 화상이 흐려지고, 레지스트상의 노광량분포는 도 26E에 표시된 바와 같이 X축 단면 및 Y축단면 양쪽으로 퍼진다. 2개의 마스크 M 및 Ma를 사용한 노광에 의해 형성된 노광량분포의 축적에 대응하는 전체노광량분포는 도 26C의 분포와 도 26E의 분포의 조합에 대응하고, 도 26F에 표시된 바와 같다. 노광임계치Eth가 도 26F와 같이 설정되어 있으면, 포지티브형 레지스트의 경우에 현상공정후의 레지스트패턴은 도 26G에 표시된 바와 같다. 네거티브형 레지스트의 경우에 현상공정후의 레지스트패턴은 도 26H에 표시된 바와 같다. 이들 경우에서 통상의 투영노광으로 얻을 수 없는 미소절연패턴을 생성할 수 있다. 도 26C 및 도 26E의 노광량분포에서 최대노광량은 노광임계치Eth보다 낮다.
본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예는 예를 들면 노광에 의해 생성되는 회로패턴(리소그래피패턴)으로서 도 12에 표시된 게이트패턴에 직접적인 것이다.
여기서, 도 12에 표시한 게이트패턴을 다시 설명한다. 도 12의 게이트패턴은 가로방향, 즉 도면의 A-A'방향에서 0.1마이크론의 최소라인폭을 가지나 세로방향에서 0.2마이크론 이상의 최소라인폭을 가진다. 본 발명의 실시예에 따르면, 고해상도가 1차원방향(A-A'방향)에서만 필요한 것에 대한 2차원 패턴에 대해서 고콘트라스트이미지노광은 고해상도가 필요한 1차원 방향에 대해서만 행할 수 있다.
도 27A 내지 도 27G, 도 28A 내지 도 28C 및 도 29를 참조해서 게이트패턴의 개구부(도면의 흰색공백)상에 고콘트라스트이미지를 중첩적으로 인쇄하는 2중노광방법을 설명한다.
우선, 접지로서 노광패턴을 형성하고, 게이트패턴용 노광패턴에 큰 노광량을 부여하는 고콘트라스트이미지를 가진 레지스트의 노광을 설명한다.
도 27A, 27B, 27C는 고콘트라스트이미지의 노광공정을 표시하고, 도 27D,27E, 27F는 게이트패턴의 노광공정을 표시한다.
도 27A는, 고콘트라스트이미지를 형성하는 위상형마스크M의 단면도이고, 그 위에 레지스트를 노광할때 형성되는 노광량분포를 표시한다. 음영부분(2)은 다른 영역을 통과하는 광과 비교해서 180°로 통과하는 광의 위이미지를 변화시키는 위상시프터에 대응한다. 위상이 시프트하는 위상시프터의 에지부근에서는, 노광량이 감소한다. 위상시프터에지외부의 감소된 노광량영역은 흐린면으로 표시되고, 위상시프터에지 내부의 감소된 노광량 영역은 중첩시에 마스크상의 사각실선으로 도시되어 있다. 도 27B는 위상시프터마스크M의 단면도이고, 도 27C는 마스크M의 고콘트라스트이미지를 레지스트를 노광함으로써 생성된 노광량분포를 표시한다.
도 27D는 통상의 노광시에 사용하는 게이트패턴을 가진 마스크Ma를 표시한다. 도 27E는 도 27D의 중심에서 A-A'라인을 따른 단면도이다. 도 27E의 마스크Ma의 2개의 개구부의 폭Lx는 하나의 투영노광공정에 의해서만 분리되지 않고, 이들 2개의 개구부의 화상은 흐려진다. 따라서, 마스크Ma를 가진 투영노광에 의해 형성된 레지스트상의 노광량분포는 도 27F에 표시된 바와 같이 퍼진다.
하지만, 2중노광의 결과인, 마스크M 및 마스크Ma의 결합노광량에 대응하는 전체노광량분포는 도 28A에 표시된 바와 같을 것이다. 레지스트노광임계치Eth가 도 28A에 표시된 바와 같이 설정되어 있으면, 포지티브형 레지스트를 사용할 때 현상공정후의 레지스트패턴은 도 28B에 표시된 바와 같을 것이다. 도 27C 및 도 27E의 노광량분포에서 최대노광량은 노광임계치Eth이하이다.
네거티브형 레지스트를 사용하면, 현상후의 레지스트패턴은 도 28C에 표시된 바와 같을 것이다.
상기에서 게이트패턴의 중심부에 있는 최소라인폭패턴에 관해서 2중노광공정을 별도로 언급했지만, 게이트패턴의 전체에 관해서 2중노광의 상세부분을 도 29와 관련해서 아래에 설명한다.
도 29의 (A)는 마스크M의 투영노광에 의거한 고콘트라스트이미지노광에 의해 생성된 노광패턴(노광량분포)을 표시한다. 이 노광패턴은 0.2마이크론의 주기를 가지고, 0.1마이크론 라인폭의 라인-앤드-스페이스(LS)패턴에 대응한다.
본 실시예에 있어서, 게이트패턴(도 29의 (B)에서 흰색공백으로 표시함)의 투영노광은 통상의 노광(예를 들면, 마스크에 대해 큰 σ의 부분간섭성 조명을 가지는 도 21의 노광장치에 의해 이루어지는 노광처리)에 의해서 달성된다.
도 29의 (A)는 마스크M의 투영노광에 의거하여 고콘트라스트이미지노광에 의해 형성된 노광패턴(노광량분포)을 도시한다. 이 노광패턴은 0.2마이크론의 주기를 가지고, 이것은 0.1마이크론 라인폭의 라인-앤드-스페이스(LS)패턴에 대응한다. 도 29의 하부의 수치값은 레지스트상의 노광량을 나타낸다.
이 실시예에서, 도 29의 (B)에서 백색공백으로 나타낸 바와 같은 게이트패턴의 투영노광은 통상의 노광(예를 들면, 큰 σ의 부분갑섭성 조명으로 마스크에 도 21의 노광장치에 의해 행해지는 노광공정)에 의해 달성되고, 이것은 상기 설명한 고콘트라스트이미지노광 후에 행해져야 한다.
도 29의 (B)는 마스크Ma의 게이트패턴에 의해 형성된 노광패턴과 마스크M에의해서 형성된 노광패턴사이의 상대적 위치관계뿐만 아니라, 게이트패턴투영노광시 마스크위에 형성된 노광량을 도시한다. 도 29(B)의 하부에, 게이트패턴 투영노광에 의해 형성된 웨이퍼레지스트상의 노광량이 도시되어 있고, 이 노광량은 0.1마이크론 피치의 가로 및 세로해상도에 관하여 분포되어 있다.
마스크Ma의 게이트패턴에 의해 형성된 이미지중 가장 작은 라인폭부분(패턴이미지)은 분해되지 않고 연장되어, 콘트라스트가 낮다. 따라서, 이 부분내의 점들에서 노광량레벨은 낮아진다. 여기서, 패턴이미지의 중심부와 이것의 외부의 대향 사이드부분은 a와 b로 나타내고, 대향 사이드로부터 흐린 이미지가 오버랩하는 패턴이미지 사이의 부분은 c로 나타낸다. 이 때, 이들 부분의 노광량은 1＜a＜2, 0＜b＜1 및 0＜c＜1의 관계가 있다. 즉, 중심에서 크고 사이드에서 작다. 마스크M과 Ma를 사용한 노광을 통해 레지스트에 인가되는 노광량의 비는 1:2("마스크M의 고콘트라스트 이미지에 의한 노광" 대 "마스크Ma의 게이트패턴에 의한 노광")이다.
다음에, 고콘트라스트 이미지노광과, 저콘트라스트에 기인하여 분해할 수 없는 패턴을 가지는 게이트패턴의 통상의 노광에 의거한 2중노광에 의해, 도 12에 도시된 미세한 게이트패턴을 형성하는 방법에 대해 설명한다. 이 실시예에서는, 고콘트라스트이미지노광과 게이트패턴 이미지를 사용한 통상의 노광과의 사이에 개입하는 현상공정이 없다. 또한, 이들 노광은 동일한 노광파장을 사용한다. 따라서, 이들 노광의 노광패턴이 오버랩하는 영역에서는, 노광량이 누적되고, 누적노광량은 분리된 노광패턴(노광량분포)을 형성한다.
도 29의 (C)는 도 29(A)의 노광패턴과 도 29(B)의 노광패턴을 누적시킨 결과의 노광패턴(노광량분포)을 도시한다. e로 나타낸 영역의 노광량은 2보다 크고 3보다 작은 1+a와 같다. 도 29(C)의 하부에 회색으로 표시한 것은 이 노광패턴으로 행한 현상공정의 결과로서 형성된 리소그래피 패턴이다. 이 실시예에서, 1보다 크고 2보다 작은 노광임계치Eth의 레지스트가 웨이퍼에 대해 사용된다. 따라서, 현상공정후, 1보다 큰 노광량으로 노광된 영역만이 패턴으로서 나타난다.
도 29의 (C)에서 회색으로 나타낸 패턴의 크기와 형상은 도 12의 게이트패턴의 크기와 형상에 대응한다. 따라서, 본 발명의 이 실시예의 노광방법에 의하면, 예를 들면 0.1마이크론의 매우 작은 라인폭을 가지는 회로패턴이 투영노광장치를 사용함으로써 형성될 수 있다.
또다른 실시예에 대해 도 30A 내지 도 30F, 도 31A 내지 도 31C 및 도 32를 참조하면서 이하 설명한다. 이 실시예에서, 그라운드로서 고콘트라스트이미지는, 작은 노광량을 게이트패턴의 견고한 노광패턴에 적용하는 노광패턴이 형성되도록, 레지스트 위에 투영된다.
도 30A, 도 30B 및 도 30C는 고콘트라스트 이미지의 노광공정을 도시하고, 도 30D, 도 30E 및 도 30F는 게이트패턴의 노광공정을 도시한다.
도 30A는 고콘트라스트 이미지를 형성하기 위한 위상형 마스크M의 평면도이고, 레지스트가 마스크로 노광될때 형성되는 노광량분포를 도시한다. 음영을 가지는 부분(2)은 상이한 영역을 통과하는 광과 비교했을때, 이 부분을 통과하는 광의 위이미지를 180°만큼 변화시키는 위상시프터에 대응한다. 위상이 시프트하는 위상시프터의 에지에 대해 노광량은 감소한다. 위상시프터 에지외부의 감소된 노광량의 영역은 회색화면으로 나타나고, 한편 위상시프터 에지내부의 감소된 노광량의 영역은 중첩된 마스크위에 사각의 실선으로 도시된다. 도 30B는 위상시프트 마스크M의 단면도이고, 도 30C는 마스크M의 고콘트라스트이미지에 의해 레지스트를 노광함으로써 형성된 노광량분포를 도시한다.
도 30D는 통상의 노광에서 사용되는 게이트패턴을 가지는 마스크Ma를 도시한다. 도 30E는 도 30D의 중심에서 선(A-A')을 따라 취한 단면도이다. 마스크Ma의 중심에 2개의 매우 좁은 라인의 패턴은 단일의 투영노광공정만으로는 분해되지 않고, 이것의 이미지는 흐리고 콘트라스트는 낮아진다. 따라서, 이 이미지에 의해 형성된 레지스트 위의 노광량분포는, 도 30F에 도시된 바와 같이, 연장된다.
마스크M의 위상시프터의 투영을 통한 고콘트라스트 이미지노광과 마스크Ma의 게이트패턴 이미지의 투영을 통한 통상의 노광에 의거한 2중노광에 의해 형성된 레지스트위의 전체 노광광분포는 도 31A에 도시된 바와 같이 된다. 레지스트노광임계치 Eth가 도 31A에 도시된 바와 같이 설정되면, 포지티브타입의 레지스트가 사용되는 경우, 현상공정후의 레지스트패턴은 도 31B에 도시된 바와 같이 된다. 네거티브타입의 레지스트가 사용되면, 현상공정후의 레지스트패턴은 도 31C에 도시된 바와 같이 된다.
앞의 노광공정은 특히 게이트패턴의 중심부를 참조해서 설명하였으나, 2중노광공정의 상세에 대해, 게이트패턴의 전체를 참조하면서, 도 32와 함께 이하 설명한다.
이 실시예에서, 고콘트라스트 이미지 또는 이것에 의해 형성된 노광패턴은 0.2마이크론의 주기를 가지고, 이 이미지 또는 패턴은 0.1마이크론 라인폭의 라인-앤드-스페이스(LS)패턴에 대응한다. 도 32의 하부의 수치값은 레지스트위의 노광량을 나타낸다.
이 실시예에서, 마스크Ma의 게이트패턴 이미지의 투영노광(예를 들면, 도 21의 장치를 통하여 그리고 큰σ의 부분간섭성 조명을 통하여 마스크Ma의 투영노광에 의해 λ은 마스크M의 고콘트라스트이미지의 투영노광(예를 들면, 도 21의 장치와 부분간섭성 조명을 통하여 마스크M의 투영노광에 의해)후에(또는 동시에)행해짐으로써, 도 32의 (B)에 도시된 바와 같은 게이트패턴의 노광이 달성된다.
도 32의 (B)는 마스크M에 의해 형성된 고콘트라스트이미지패턴과 마스크Ma에 의해 형성된 게이트패턴이미지사이의 상대적 위치관계를 도시한다. 도 32(B)의 하부에, 마스크Ma의 게이트패턴 이미지의 단일의 투영노광에 의해 형성된 웨이퍼레지스트 위의 노광량을 도시하고, 이 노광량은 0.1마이크론피치의 가로 및 세로 해상도에 관하여 분포되어 있다.
이 게이트패턴의 투영노광에 의해 형성된 노광패턴중 가장 작은 라인폭부분은 분해되지 않고 연장된다. 따라서, 이 부분내의 점들에서 노광량레벨은 낮아지고, 콘트라스트는 감소한다. 이 노광패턴의 각 영역의 노광량에 관해서 대략 말하면, 패턴의 중심부에서는 작은 반면에 대향 사이드부에서는 크다. 여기서 중심부와 사이드부의 노광량을 각각 f와 g로 나타내고, 대향 사이드로부터 생긴 흐린 이미지가 오버랩하는 중심의 노광량을 h로 나타내면, 0＜f＜1, 1＜g＜2 및 1＜h＜2의 관계가 있다. 따라서, 분해할 수 없는 라인폭을 가지는 게이트패턴 이미지에 의해 형성된 노광패턴은 상이한 영역내에서 상이한 노광량을 가지는 다중값의 노광분포를 형성한다.
마스크M과 Ma를 사용한 노광을 통하여 적용된 웨이퍼레지스트위의 노광량의 비는 1:2("마스크M의 고콘트라스트 이미지에 의한 노광" 대 " 마스크Ma의 게이트패턴 이미지에 의한 노광")이다.
다음에, 고콘트라스트 이미지노광과, 상기 설명한 바와 같은 게이트패턴이미지의 투영노광에 의거한 2중노광에 의해, 도 14에 도시된 미세한 회로패턴을 형성하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 이 실시예에서는, 고콘트라스트이미지노광과 게이트패턴 이미지노광과의 사이에 개입하는 현상공정이 없다. 따라서, 이들 노광공정의 노광패턴이 오버랩하는 영역에서는, 노광량이 누적되고, 누적노광량은 분리된 노광패턴(노광량분포)을 형성한다.
도 32의 (C)는 도 32(A)의 노광패턴과 도 32(B)의 노광패턴을 누적시킨 결과의 노광패턴(노광량분포)을 도시한다. i와 j로 나타낸 영역의 노광량은 각각 2보다 크고 3보다 작은 1+i, 1+j와 같다.
도 32(C)의 하부에 회색으로 표시한 것은 이 노광패턴으로 행한 현상공정의 결과로서 형성된 리소그래피 패턴이다. 이 실시예에서, 1보다 크고 2보다 작은노광임계치Eth의 레지스트가 웨이퍼에 대해 사용된다. 따라서, 현상공정후, 2보다 작은 노광량으로 노광된 영역만이 패턴으로서 나타난다.
도 32의 (C)에서 회색으로 나타낸 패턴의 크기와 형상은 도 14의 게이트패턴의 크기와 형상에 대응한다. 따라서, 본 발명의 이 실시예의 노광방법에 의하면, 예를 들면 0.1마이크론의 매우 작은 라인폭을 가지는 회로패턴이 투영노광장치를 사용함으로써 형성될 수 있다.
상이한 형상의 회로패턴에 적용되는 본 발명의 또다른 실시예에 대해 이하 설명한다. 도 33B는 이 실시예에 의해 행해진 상기 회로패턴의 형이미지를 도시하고, 이것은 최소 라인폭의 2배의 폭인 0.2마이크론의 넓은 라인폭부분을 가지는 한쌍의 패턴으로 이루어진다. 이들 쌍의 패턴은 0.1마이크론의 갭으로 배치된다.
이 실시예는 도 33A, 도 33B, 도 34A 내지 도 34F 및 도 35A 내지 도 35E를 참조하면서, 또한 고콘트라스트 이미지로 형성된 노광패턴에 의해, 저콘트라스트 이미지를 형성하기 위한 부분을 가지는 회로패턴 이미지에 의해 형성된 노광패턴에 큰 노광량이 적용되는 것을 특징으로 하는 경우에 대해서 설명한다.
도 33A는 이 실시예에서 2중노광을 위해 사용되는 고콘트라스트이미지를 형성하기 위한 상기로부터 고찰된 위상형 마스크M으로서의 패턴형이미지를 도시한다. 도 33B는 이 실시예에서 2중노광을 위해 사용되는 회로패턴이미지(저콘트라스트이미지 포함)를 형성하기 위한 상기로부터 고찰된 마스크패턴 Ma로서의 패턴형이미지를 도시한다.
도 34A 내지 도 34F는 마스크M과 Ma를 사용한 투영노광의 공정을 도시한다. 더욱 상세하게는 도 34A, 도 34B 및 도 34C는 마스크M을 사용함으로써 고콘트라스트 이미지를 형성하는 노광공정을 도시하고, 도 34D, 도 34E 및 도 34F는 고 및 저콘트라스트 이미지의 혼합으로 이루어진 패턴이미지의 노광공정을 도시한다.
도 34A는 고콘트라스트 이미지를 형성하기 위한 위상형 마스크M의 평면도이다. 음영을 가지는 부분은 상이한 영역을 통과하는 광과 비교했을때, 이 부분을 통과하는 광의 위이미지를 180°만큼 변화시키는 기능을 가진다. 도 34B는 마스크M의 단면도이다. 도 34C는 마스크M의 패턴이미지가 그 위에 투영되는 레지스트 위의 노광량분포를 도시한다.
도 34D는 회로패턴이미지를 형성하기 위한 마스크Ma의 평면도이고, 고려되는 투영노광에서 흐리게 노광량분포를 개략적으로 도시한다. 도 34D에서 백색공백은 큰 노광량 영역에 대응한다. 음영영역은 흐리고 감소된 광량을 가짐으로써 연장되는 영역에 대응한다. 도 34E는 마스크Ma의 중심의 단면도이다. 이 회로패턴이미지는 마스크Ma의 단일의 투영노광만으로는 분해되지 않고, 이것의 이미지는 흐리고 콘트라스트는 낮다. 따라서, 이 이미지에 의해 형성된 레지스트위의 노광량분포는 도 34F에 도시된 바와 같이 연장된다.
마스크M을 사용한 고콘트라스트이미지의 투영노광과 마스크Ma를 사용한 회로패턴이미지의 투영노광에 의거한 2중노광에 의해 형성된 레지스트위의 전체 노광량분포는 도 34A와 같이 개략적으로 도시된다. 도 35B는 중심부의 노광량분포를 도시한다. 레지스트노광임계치Eth가 도 35B에 도시된 바와 같이 설정되면, 포지티브 타입의 레지스트가 사용되는 경우, 현상공정 후의 레지스트패턴은 도 35C에 도시된 바와 같이 된다. 네거티브 타입의 레지스트가 사용되면 현상공정 후의 레지스트패턴은 도 35D에 도시된 바와 같이 된다.
도 35E는 결과의 레지스트패턴을 도시하는 평면도이다. 따라서, 소망하는 회로패턴에 형성될 수 있다. 상기 설명한 2중노광공정은 예를 들면 도 20 또는 도 21에 도시된 바와 같은 노광장치를 사용함으로써 행해질 수 있다. 이 경우에, 동일한 노광파장이 각각의 노광에 사용될 수 있다. 동일한 노광파장은 이하 설명하는 실시예에서 유사하게 사용될 수 있다.
다음에, 2중 노광공정에서 고콘트라스트 이미지에 의한 노광(이후, 주기패턴으로 표시함)과 회로패턴이미지에 의한 노광사이의 광량비 및 2중노광에 의해 형성되는 노광패턴의 콘트라스트에 대해 상세히 설명한다.
도 36A 내지 도 36C는, 2중빔 간섭노광에 의해 형성되는 주기패턴으로 이루어진 노광패턴은 회색으로 나타내는 반면, 단일의 투영노광에 의해 형성된 회로패턴으로 이루어진 노광패턴은 짙은색 또는 흑색으로 나타내어, 2중노광공정에서 상대적 위치관계를 도시한다. 회색의 노광패턴은 고콘트라스트 이미지에 의한 노광에 의해 형성된 고콘트라스트부분에 대응하는 반면, 흑색으로 칠해진 노광패턴은 저콘트라스트 이미지(회로패턴이미지)에 의해 형성된 저콘트라스트부분에 대응한다. 이 경우에, 회로패턴은 바(bar)패턴으로 이루어진다. 도 36A는 단일의 바패턴의 경우를 도시하고, 도 36B는 2개의 바패턴의 경우를 도시하고, 도 36C는 3개의 바를 가지는 패턴의 경우를 나타낸다.
도 37의 (A)는 도 36C의 3개의 바패턴의 이미지로 레지스트에 적용되는 X축 단면에서의 노광량분포를 도시한다. 도 37(A)의 노광량분포(이미지)의 콘트라스트A는:
A=(b-c)/(b+c) …⑴
으로 표시된다. b＜c이면, 콘트라스트는 음이 된다(도 48참조). b=c이면, 콘트라스트는 0이다(도 47참조).
도 37(A)에 도시된 3개의 바패턴은 저콘트라스트의 패턴이고 분해할 수 없으며, 앞서 충분히 설명했던 것과 유사하다. 도 37의 (B)에 도시된 고콘트라스트 이미지 노광량분포(이미지)를 형성하고 주기패턴과 조합하여 2중노광공정을 행함으로써, 고콘트라스트이고 분해할 수 있는 패턴을 형성하는 도 37의 (C)의 노광량분포를 형성할 수 있다.
3개의 바패턴(회로패턴)을 사용하는 노광공정과 주기패턴(고콘트라스트이미지)을 사용하는 노광공정 사이의 노광량비가 1:k이면, 이하의 관계:
가 있다. 이 경우에 2중노광에 의해 형성된 노광량분포의 콘트라스트A'는:
로 주어진다.
여기서, 레지스트에 의해 콘트라스트 분해가능한 레벨(즉, 콘트라스트임계치)로부터, 광량비k가 결정된다.
예를 들면, 사용되는 레지스트의 콘트라스트 임계치가 IC이면, 광량비k는 이하의 관계식:
[k(b-c)+(I0-I1)]/[k(b+c)+(I0+I1)]＞IC
을 만족하도록 결정될 수 있다. 동일한 투영노광장치를 통하여 동일한 마스크패턴을 사용하여, 값b와 c는 마스크조명용 조명조건에 의해 결정되고, 값I0와 I1은 주기패턴 형성방법에 의해 결정된다.
2중노광후의 노광량분포의 콘트라스트 A'는 통상의 회로패턴의 단일의 노광에 의해 형성된 콘트라스트 A로부터의 A'-A만큼 변화되었다. 이 변화량은 다음과 같이 식(1)과 (2)로부터 주어진다.
여기서,
(I0-I1)/[k(b+c)+(I0+I1)]＞0
인 관계가 있다. 또한, 식 (3)에서
(I0-I1)/(I0+I1)
은 2중빔 간섭노광에서의 주기패턴이미지 또는 이에 의해 형성된 노광량분포의 콘트라스트이다. 마찬가지로, 식(3)에서
(b-c)/(b+c)
는 회로패턴 이미지 또는 이에 의해 형성된 노광량분포의 콘트라스트이다. 해상도 한계보다도 작은 매우 작은 라인폭영역내에서, 2중빔 간섭노광에 의한 콘트라스트는 회로패턴이미지노광의 콘트라스트보다 크다. 따라서,
(I0-I1)/(I0+I1)-(b-c)/(b+c)＞0
이다.
즉, A'-A＞0이고, 이것은 노광량분포의 콘트라스트가 2중 노광의 결과로서 증가함을 분명히 의미한다.
여기서, 도 36C에 도시된 2중노광의 경우에 광량비 k가 고려된다.
시판의 레지스트재료중 최고성능의 레지스트재료는 40%콘트라스트로 분해가능하다(즉, 콘트라스트 임계치가 40%이다). 40%콘트라스트가 달성될 수 있는 k에 대한 조건은 다음과 같이 A'에 의거하여 결정될 수 있다.
보통, 마스크패턴은 이것의 패턴부분에서 1의 투과도를 가지고, 이것의 배경에서 0의 투과도를 가진다(이것의 패턴부에서 투과도 0을 가지고 이것의 배경에서 투과도 2를 가지는 마스크패턴도 있긴 하지만). 배경에서 투과도는 항상 0이 되는 것은 아니며 몇%의 전송도(이것은 많은 경우에 10%보다 크지 않다)를 제공하기 위해 180°만큼 위상이 반전되는 해프톤(halftone)형이 사용되어도 된다. 이러한 해프톤 마스크는 나중에 설명한다.
투영광학계는 0.60의 웨이퍼사이드 개구수 NA를 가진다. 노광파장에 대해서, KrF엑시머레이저의 레이저광(λ=248㎚)이 사용되었다. 마스크위의 3개의 바패턴은 주기패턴의 폭과 동일한 폭 0.12마이크론을 가진다. 도 36C에 도시된 바와 같은 주기패턴은 σ=0.2의 조명상태하에서 레벤슨형(Levenson type) 위상시프트마스크를 조명하고 투영함으로써 형성되었다. 주기패턴이미지는 다음과 같이 레지스트위에 노광량분포를 생성하였다(도 37(B)참조).
도 36C에 도시된 바와 같은 3개의 바패턴 이미지는, σ=0.8 내지 σ=0.53의 범위의 조명을 제공하나, 0.53보다 작은 σ의 조명은 제공하지 않는 조명조건하에서, 링형상 조명방법에 의거하여 형성되었다. 3개의 바패턴이미지는 다음과 같이 레지스트위에 노광량분포를 형성하였다(도 37(A)참조).
3개의 바패턴의 투영노광만으로 형성된 콘트라스트A는 다음과 같이 12%이므로,
A=(b-c)/(b+c)=0.12
의 이미지는 분해할 수 없다.
40% 또는 주기패턴이미지와 3개의 바패턴 이미지에 의거한 2중노광 후 그 이상의 콘트라스트A"를 제공하기 위해, 다음의 관계식:
A'=[k(b-c)+(I0-I1)]/[k(b+c)+(I0+I1)]≥0.4
을 만족해야 한다. 상기 설명한 값 I0, I1, b 및 c를 이 식에 대입함으로써, k는 다음과 같이 결정될 수 있다.
k=1.67
상기로부터, 40% 또는 2중노광후의 그 이상의 콘트라스트 A'를 제공하기 위해, 1.67의 광량비k가 설정되어야 함을 알게 된다.
k=1.67을 사용함으로써, 도 36A와 도 36B의 패턴이미지의 경우에 노광량분포의 콘트라스트는 다음과 같이 계산될 수 있다. 도 36A에서 단일의 바패턴의 2중노광에 대해서, 가장 낮은 강도레벨c는, 가장 높은 강도레벨b의 X위치로부터 라인폭에 대응하는 거리만큼 떨어진 위치의 강도레벨에 대응하는 레벨이다.
상기로부터, 2중노광의 결과로서, 콘트라스트는 단일의 바패턴의 투영노광에 의한37% 콘트라스트로부터 60% 콘트라스트로 증가되었음을 알게 된다.
도 36B에서 2중의 바패턴의 경우에 계산 결과는 다음과 같다.
상기로부터, 2중노광의 결과로서, 콘트라스트는 단일의 바패턴의 투영노광에 의한 9% 콘트라스트로부터 41% 콘트라스트로 증가되었음을 알게 된다.
상기 설명한 바와 같이, 예를 들면 1개, 2개 및 3개의 바를 가지는 독립주기패턴에 관해서, 모든 경우에 2중노광공정의 결과로서, 콘트라스트가 40% 또는 그 이상까지 증가하여 패턴이 40% 레지스트로 분해될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 통상의 회로패턴 이미지의 투영노광과 주기패턴이미지의 투영노광에 의거하여 고콘트라스트 이미지를 형성하는 2중노광에 의하면, 분해한계보다 작은 매우 미세한 (즉, 보통 분해불가능한)패턴이미지의 노광량분포의 콘트라스트가 상당히 향상될 수 있다. 회로패턴에 대한 조명조건과 주기패턴에 대한 조명조건을 적절히 설정하는 것에 의해 광량비k를 적합하게 설정함으로써, 사용되는 레지스트에 의해 분해될 수 있는 콘트라스트레벨을 가지는 노광량분포(2중 노광후의 분포)가 달성될 수 있다. 도 38은 결과를 도시한다.
투영광학계는 NA=0.60을 가졌고, KrF엑시머레이저는 광원으로서 사용되었다. 노광파장은 λ=248㎚이었다.
도 38의 (A),(B) 및 (C)에서, 최상위부분은 주기패턴이미지의 강도분포(노광량분포)를 도시하고, 가운데부분은 바패턴이미지의 강도분포(노광량분포)를 도시하고, 최하위부분은 2중노광후 복합이미지의 강도분포(노광량분포)를 도시한다. 사용되는 바패턴은 각각 0.12마이크론의 바 라인폭을 가지는 단일바 선형패턴, 2개바 선형패턴 및 3개바 선형패턴으로 각각 이루어진다. 도시된 강도분포에서, 구형의 라인으로 나타낸 각 부분은 대응하는 마스크 위의 바패턴의 강도분포에 대응한다. 하부에 도시된 2중노광 후의 각 강도분포에서, 콘트라스트는 가운데부분에서 바패턴의 강도분포와 비교했을 때 향상되어, 강도피크는 높고 또한 마스크패턴의 중심에 있다. 따라서, 패턴의 피치는 마스크패턴의 피치와 대략 동일하다.
도 39는 도 38과 유사하고, 도 38의 패턴과 유사한 바패턴을 가지고 인접하는 바가 서로 반전하는 위이미지를 가지는 레벤슨형 위상시프트마스크의 단일의 노광에 의해 형성된 패턴이미지의 강도분포(노광량분포)를 도시한다. 도 39에는 σ=0.2 및 σ=0.5인 두 경우가 각각 도시된다. 도 39의 (A)에서의 단일의 바패턴의 예에서, 인접하는 패턴은 없고, 이것은 통상의 마스크의 단일의 바패턴에 대응한다.
도 39의 (B)와 (C)에서의 2개의 바와 3개의 바패턴의 예에서는, 인접하는 패턴의 위상이 서로 반전하므로, 고콘트라스트가 형성된다. 콘트라스트 향상효과는, σ=0.5의 경우와 비교했을 때, 작은 σ(σ=0.2)(더욱 갑섭성의 조명)에 의해 크다. 그러나, 패턴의 대향단부에서, 반전되는 위상의 인접하는 패턴은 없으므로, 단부에서의 이미지강도는 중심부의 강도와는 상이하다. 특히, σ=0.2인 경우에는, 중심부와 대향 단부와의 사이에 큰 강도피크차이가 발생한다. 큰σ(σ=0.5)에 의해,콘트라스트가 다소 낮은 반면, 대향단부에 관해서 강도피크차이는 없다. 이러한 경우중 임의의 경우에, 이미지가 대향단부에서 흐리므로, 강도분포의 하부는 연장되어, 강도피크위치가 마스크의 중심으로부터 변위한다.
다음에, 2중노광에 의해 형성되는 노광량분포의 콘트라스트의 디포커스특성에 대해 설명한다.
도 40과 도 41은 위상시프트마스크의 단일 노광의 경우와 2중노광의 경우에 디포커스에 대한 콘트라스트의 변화를 도시한다.
회로패턴에 관해서, 각각 라인폭 0.12마이크론을 가지는 단일의 선형바, 2개의 선형바 및 3개의 선형바를 각각 가지는 3가지 타입의 바패턴이 사용되었다. 도 40과 도 41에서, 실선은 각각 바중심에서의 콘트라스트를 나타낸다. 점선은 각각 에지에서의 콘트라스트를 나타낸다. 즉, 최외측 바에서의 강도피크와 바가 존재하지 않는 위치에서의 강도로부터 계산된 콘트라스트는 라인폭에 대응하는 거리만큼 떨어졌다.
도 40은 위상시프트마스크를 사용한 단일노광에 의해 형성된 바와 같은 노광량분포에서 디포커스에 대한 콘트라스트의 변화를 도시한다. 조명조건은 σ=0.5이었다.
도 41은 2중노광에 의해 형성된 노광량분포에서 디포커스에 대한 콘트라스트의 변화를 도시한다. 조명조건에 관해서, 저콘트라스트 이미지로 될 바패턴의 투영노광에 대해서, 조명은 σ=0.8 내지 0.53을 사용하여 σ=0.53인 내부에서는 조명이 없는 링형상 조명방법에 의거하여 행해졌다. 고콘트라스트 이미지를 형성하기위한 투영노광에 대해서는, 작은 σ(σ=0.2)의 부분간섭성 조명이 사용되었다. 이들 노광공정 사이의 광량비는 1.5이었다. 투영광학계는 N=0.6을 가졌고, 노광파장은 248㎚이었다.
도 40에서 실선으로 나타낸 바중심에서의 콘트라스트에 관해서, 3개의 바로부터 2개의 바 및 1개의 바로 주기성이 감소됨에 따라, 콘트라스트는 가장 양호한 포커스에 대해 더욱 높지만 디포커스가 증가함에 따라 더욱 낮아진다. 바꿔말하면, 초점심도는 주기성의 감소에 따라 더욱 작아진다.
또한, 바중심에서의 콘트라스트(실선)와 에지에서의 콘트라스트(점선)사이에 큰 차이가 있다. 40% 콘트라스트와 30% 콘트라스트를 제공하기 위한 초점심도는, 바중심에서와 바의 에지에서의 초점심도중 더욱 작은 것이 취해지면, 다음과 같다.
40% 콘트라스트에 대해 초점심도는:
1.2마이크론(3개바패턴)
1.1마이크론(2개바패턴)
0.6마이크론(단일바패턴)이다.
30% 콘트라스트에 대해 초점심도는:
1.4마이크론(3개바패턴)
1.3마이크론(2개바패턴)
0.7마이크론(단일바패턴)이다.
한편, 바중심에서의 콘트라스트레벨은 비교적 낮으나, 3개바, 2개바 및 단일바패턴 사이에 다소 차이가 있다. 주기성이 작아지는 경우에도 디포커스에 대한콘트라스트의 감소는 작다. 또한, 바중심에서의 콘트라스트(실선)와 에지에서의 콘트라스트(점선)사이의 차이는 작다.
40% 콘트라스트에 대해 초점심도는:
0.6 마이크론(3개바패턴)
0.9마이크론(2개바패턴)
1.6마이크론 또는 그 이상(단일바패턴)이다.
30% 콘트라스트에 대해 초점심도는:
1.6마이크론 또는 그 이상(3개바패턴)
1.6마이크론 또는 그 이상(2개바패턴)
1.6마이크론 또는 그 이상(단일바패턴)이다.
따라서, 40% 콘트라스트 깊이에 관해서, 콘트라스트 비율이 35% 또는 30%로 감소되는 경우, 위상시프트마스크 단일노광과 대략 동일한 결과가 얻어질 수 있으나, 2중 노광방법에 의해 더욱 큰 깊이가 얻어질 수 있다. 또한, 콘트라스트는 광량비에 의해 변화될 수 있으므로, 레지스트콘트라스트임계치 위로 설정될 수 있다.
상기 설명한 것은 바패턴이 단일의 라인폭을 가지는 경우에 관한 것이다. 다음 설명은 라인폭의 선형성에 관해서, 주기패턴은 단일의 라인폭을 가지나 바패턴은 상이한 라인폭의 조합인 것을 특징으로 하는 예를 참조하면서 행해진다.
이 예에서, 투영광학계와 노광파장은 상기 설명한 것과 유사했다. 또한, 주기패턴의 투영노광과 바패턴의 투영노광을 위한 조명조건은 상기 설명한 것과 유사했다. 주기패턴은 상기 설명한 바와 같이 0.12마이크론의 고정된 라인폭을 가졌다. 바패턴에 관해서는, 0.1 내지 0.16마이크론 라인폭의, 5개바 선형패턴, 2개바 선형패턴 및 단일바선형패턴이 사용되었다.
이들 패턴에서는, 충분히 큰 라인폭(예를 들면, 이 예에서는 0.36마이크론)에 대해서, 마스크 라인폭과 웨이퍼 라인폭이 서로 동일하게 되도록 노광량 슬라이스레벨이 결정되었다. 다음에, 실험은 마스크 사이드라인폭에 대해서 0.1마이크론 내지 0.16마이크론에 대응하는 웨이퍼 사이드라인폭의 에러를 검사하기 위해 동일한 슬라이스레벨하에서 행해졌다. 또한, 비교를 위해, 단일의 통상의 바패턴노광에서의 라인폭 선형성에러는 동일한 조명조건하에서 검사되었다.
도 42와 도 43은 0.1 내지 0.16마이크론에 관한 라인폭 선형성에러를 도시한다. 이들 도면은 디포커스가 0, ±0.2마이크론 및 ±0.3마이크론인 경우에 관해서 라인폭 선형성에러를 도시한다. 도 42는 통상의 노광공정에서의 라인폭 선형성에러를 도시한다. 조명조건은 σ=0.53 내지 0.8 이고 σ=0.53인 내부에서는 조명이 없는 링형상 조명이었다.
도 43은 2중노광방법에서의 라인폭 선형성에러를 도시한다. 조명상태에 관해서, 바패턴 노광에 대해서 σ=0.53 내지 0.8이고 σ=0.53인 내부에서는 조명이 없는 링형상조명이었다. 주기패턴노광에 대해서는, σ=0.2인 작은 σ의 부분간섭성 조명이었다. 이들 라인폭은 한계해상도보다 작고 콘트라스트는 낮다. 그러나, 분해가능한 콘트라스트보다 작은 경우에도, 노광슬라이스레벨에 도달했다면, 라인폭으로서 계산되었다.
도 42에서, 라인이 계속되지 않는 부분은 이미지가 흐리고 패턴이 형성되지않는 영역이다. 라인이 이곳에 그려져도, 분해가능한 콘트라스트에 도달할 수 없다.
도 43에서, 각각에서의 라인폭재생성이 디포커스함에 따라 각 패턴경우의 한계해상도가 향상된다. 또한, 라인폭에러가 더욱 작아진다.
2중노광방법에서, 비교적 큰 라인폭에 관해서, 라인폭이 3배 더 큰 주기패턴은 양호한 재생성을 가진다. 이것은 도 44에 도시된 바와 같이, 바패턴중 패턴의 대향에지가 주기패턴과 일치하기 때문이다. 라인폭이 2배인 주기패턴은 양호한 재생성을 가지지 못한다.
바패턴의 라인폭에 관해서, 예를 들면, 라인폭이 최소의 라인폭과 이것의 2배의 라인폭의 조합이면, 도 45에 도시된 바와 같이 주기패턴의 피치를 부분적으로 변화시키는 것이 효과적이다.
2중노광방법에서 라인폭 선형성에러에 관해서, 도 43에서의 주기패턴의 라인폭은 0.12마이크론에 고정되고 바패턴의 라인폭은 변화되는 반면, 도 45에 도시된 바와 같이, 주기패턴의 피치를 바패턴 라인폭에 따라 2배의 라인폭까지 부분적으로 변화시킴으로써, 라인폭 선형성에러는 감소될 수 있다.
바패턴과 동일한 패턴을 가지고 인접하는 바는 상호 반전되는 위이미지를 가지는 레벤슨형 위상시프트마스크를 사용하여 단일 노광이 행해지는 경우에, 주기패턴의 중심에서의 라인폭 선형성에러는, 바패턴의 라인폭과 2중노광이 행해지는 주기패턴의 피치가 2배의 라인폭과 동일한 경우의 라인폭 선형성에러와 대략 동일하다. 그러나, 주기패턴 또는 분리패턴의 에지에 관해서, 도 42에 도시된 바와 같이 통상의 노광에서의 라인폭 선형성에러와 대략 동일하므로, 2중노광공정은 라인폭 선형성에러에 관해서도 또한 우수함을 알게된다.
도 46은 단일의 노광과 2중노광을 통하여 분리된 라인의 투영노광의 결과인 2차원 이미지를 도시한다. 도면에서 차트는 디포커스에 대한 라인폭의 변화와, 가장 양호한 포커스에서의 라인폭이 마스크라인폭과 동일한 상태에서 노광량으로 분해될 수 있는 가로방향의 길이를 도시하고, 수치는 마스크라인폭에 대한 비이다. 마스크 라인폭과 동일한 라인폭을 100%로 나타낸다.
2중노광의 결과는, 단일의 바패턴투영노광의 결과와 비교할 때, 세로방향의 길이가 가장 양호한 초점상태에서도 마스크 라인폭에 가깝다는 것이다. 디포커스에 대한 라인폭 변화는 더욱 작고, 초점심도는 증가된다.
이제 도 49 내지 도 52에 관해서, 본 발명의 또다른 실시예에 대해 설명한다. 이 실시예는 단일노광을 통하여 분해될 수 없는 패턴을 형성하기 위한 마스크(레티클)의 다른 예에 관계된다.
2중노광방법의 공정에서, 도 49에 도시된 바와 같이, 통상의 노광장치를 사용하여 단일 노광에 의해 분해불가능한 패턴이미지의 투영노광에 통상의 Cr막 패턴이 사용되는 경우, 2중노광에 의해 2중으로 노광되는 부분의 노광량은 과도하게 되는 경우가 있을 수 있다. 이 경우에, 막두께 감소가 레지스트패턴에서 발생하거나 또는 마스크패턴이미지의 콘트라스트는 디포커스가 발생하는 경우 불충분할 수 있다. 따라서, 초점심도가 감소될 수 있다. 그러나, 이하 설명하는 3가지 타입의 패턴을 가지는 마스크 또는 레티클의 사용은 도 49의 Cr막 패턴과 비교해서 고콘트라스트의 마스크패턴 이미지를 형성하고 초점심도를 증가시키는데 효과적이다.
(1) 해프톤 위상시프트패턴(도 50)
투과도: 2-10%
시프터재료: Mo계, Cr계, 기타 금속산화물 또는 질화물
치수: 적절하게 결정된 L1-L5
위상: 해프톤부분과 인접하는 부분을 통과하는 광사이에 180°의 위상차
(2) 림(Rim)형 위상시프트패턴(도 51)
치수: 적절하게 결정된 L1-L9
위상: 림부분과 인접하는 부분을 통과하는 광사이에 180°의 위상차
(3) 크롬이 없는 차광시프터형 위상시프트패턴(도 52)
이 타입은 상기 설명한 2가지 타입과 비교해서 매우 좁은 라인폭 패턴에 특히 효과적이다. 이 타입에서는, 좁은 라인폭 패턴에서, 위상시프트패턴의 대향에지에서의 위상시프트효과는 단일의 라인패턴과 같은 레지스트이미지를 형성하기 위해 서로 합해진다.
치수: 적절하게 결정된 L1-L5
위상: 패턴부분과 인접하는 부분을 통과하는 광 사이에 180°의 위상차
상기 설명한 노광방법과 노광장치는 예를 들면, 반도체칩(예를 들면, IC 또는 LSI), 표시장치(예를 들면, 액정패널), 검출장치(예를 들면, 자기헤드) 또는 촬상장치(예를 들면, CCD) 등의 다양한 장치의 제작을 위해 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 실시예의 형태에 제한되지 않고, 본 발명의 범위내에서 많은 변형이 가능하다. 고콘트라스트이미지노광과 회로패턴이미지노광의 노광회수와 노광량의 단계의 수는 상기 설명한 바와 같이 적절하게 변화될 수 있다. 또한, 필요하다면, 노광의 중첩을 예를 들면, 시프트에 의해 적절히 조절할 수 있다. 이러한 변형 또는 조절은 제작되는 회로패턴의 다양성을 향상시킨다.
상기 설명한 2중노광방법은 콘트라스트가 낮고 종래의 노광만으로는 분해될 수 없는 미세한 패턴의 콘트라스트를 효과적으로 향상시켜 미세한 패턴을 분해할 수 있다. 또한, 레벤슨형 위상시프트마스크의 패턴의 단일노광과 비교해서, 상기 설명한 2중노광방법은 라인폭재생성에 관해서 훨씬 우수하다. 특히, 레벤슨형 위상시프트마스크의 패턴의 단일노광은 주기성이 없는 패턴에 효과적이지 않고, 위상반전에 기인하여 패턴배치에 한계가 있다. 반대로, 이 2중노광방법에서는, 주기성이 없는 패턴 또는 복잡한 형태의 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 미국특허 제 5,415,835호 또는 일본공개특허공보 제 253649/1995호에 개시된 방법과 비교해서, 본 발명의 2중노광방법은 더욱 복잡한 형태의 패턴을 형성할 수 있다.
도 53은 고콘트라스트의 2차원의 주기패턴(체크패턴으로 칭함)을 형성하기 위해 본 발명에서 사용되는 노광장치의 개략도이다. 이 실시예에서, 2중빔 간섭이 2개의 직교하는 방향에 관해서 하나의 세트에서 또는 동시에 2개의 세트(4중빔 간섭)에서 행해져서, 체크패턴이 단일의 투영노광에 의해 감광기판위에 형성된다. 이에 의해 형성된 체크패턴(주기패턴)과 게이트패턴 등의 회로패턴(통상의 패턴)은 이중노광에 의해 중첩된다. 나중에 설명하는 바와 같이, 감광기판의 임계치를 설정함으로써, 소망의 패턴이 형성된다.
간단히 도 53은 한 방향에 관해서만 2중빔 간섭을 도시한다. 여기서, "다중노광"이란 말은 상이한 패턴을 사용하여 감광기판의 노광을 현상공정의 개입없이 복수회 행하는 것을 칭한다.
도 53의 노광장치에 대해 상세히 설명한다. 도 53의 노광장치는 예를 들면, 모두 굴절광학계로 이루어진 종래 타입의 투영광학계를 포함한다. 파장 248㎚에 관해서 NA=0.6 또는 그 이상의 계가 시판중이다. 도면에서 (80)은 간섭성 조명과 부분간섭성 조명을 행하도록 동작 가능한 조명계를 나타낸다. (81)은 마스크를 나타내고, (82)는 물체측 노광광을 나타낸다. (83)은 투영광학계를 나타내고, (84)는 조리개를 나타낸다. (85)는 이미지측 노광광을 나타내고, (86)은 감광기판을 나타낸다. (87)은 투영광학계(83)의 동공면위의 광의 위치를 나타낸다.
도면은 한 방향에 관해서 2중빔 간섭노광을 개략적으로 도시한다. 물체측 노광광(82)과 이미지측 노광광(85)은 각각 2개의 평행광선으로 이루어진다. 실제로, 유사한 2중빔 간섭은 도면의 지면에 대해 수직인 방향에 관해서 제공된다.
상기 설명한 바와 같은 통상의 투영노광장치를 사용하여 2중빔 간섭노광을 행하기 위한 실시예에 대해 이제 설명한다. 먼저, 설명은 마스크(81)와 이것에 대한 조명방법이 도 54 또는 도 55에 도시된 바와 같이 설정된 것을 특징으로 하는 예에 관해 행해진다.
도 54의 (A)는 이하의 식(a1)에 따라 설정되는 수직방향과 수평방향의 피치로 크롬차광부(91)를 가지고, 이하의 식(a2)에 따라 배열된 피치로 시프트(92)를가지는 레벤슨형 위상시프트마스크(90)의 단면도이다.
PO=2MR=M(λ/(2NA)) …(a1)
PO=2PO=M(λ/NA) …(a2)
여기서 R은 해상도이고, M은 투영광학계(83)의 배율이며, λ는 파장이고, NA는 투영광학계(83)의 이미지측 개구수 NA이다.
도 54의 (A)와 (B)에 도시된 2가지의 위상시프트마스크는, 조명계의 유효광원이 수직입사 평행광(간섭성정도 σ=0)으로 조명을 행하는 경우, 0차 회절방향, 즉, 수직방향의 투과광선이 시프터의 인접하는 투과광의 위상π때문에 서로 상쇄되도록 기능하여, 마스크로부터의 0차광이 없게 된다. 서로 보강하고, 패턴어레이방향에 관해서 45°를 형성하는 양의 1차 회절광과 음의 1차 회절광은 투영광학계의 광축에 관해서 대칭적으로 형성된다. 2차 또는 그 이상의 차수의 회절광은, 투영광학계의 NA에 의해 제한되기 때문에, 이미지 형성에 기여하지 못한다. 도 59는 이 경우의 동공면(87)위의 광강도분포를 도시한다.
도 49에서, 동공면(87)위의 4개의 광(71),(72),(73) 및 (74)은 간섭을 야기한다. 이에 의해, 체크형 광강도분포(미세패턴)가 감광기판(86)위에 형성된다.
도 60은 레벤슨마스크(90)가 사용되고 조명계가 사선의 입사조명에 의거하는 경우에 유효광원의 개략도이다. 더욱 상세하게는, 조명계는 4개의 유효광원이 0°, 90°, 180° 및 270°의 4방향으로 각각 배치되는 4개의 조명에 의거한다.
도 61은 동공면(87)위의 광강도분포를 설명하는 개략도이다. 도 61의 (A)에도시된 상태는, 사선의 입사조명이 행해지지 않으면 동공면(87)내부에 회절광이 형성되지 않아서, 이미지가 형성되지 않은 것이다.
한편, 도 61의 (B)에 도시된 상태는, 조명계의 사선의 입사조명(4방향을 따라 사선으로 투영되는 광을 사용하여)에 기인하여, 양의 1차 광과 음의 1차 광이 동공(87a-87d)위에 입사된 것이다.
도 62는 도 61에 도시된 동공(87)위에 광강도분포는 (87a)-(87d)로 나타낸 4개의 동공면 위의 광강도분포의 조합으로 이루어짐을 설명하는 개략도이다. 각각의 동공(87a-87d)위에는, 광원(색칠된 원)으로부터의 광에 의해 야기된 2중빔 간섭이 있다.
더욱 상세하게는, (87a)에서의 이중빔 간섭, (87b)에서의 2중빔간섭, (87c)에서의 2중빔 간섭 및 (87d)에서의 2중빔 간섭은 동시에 야기된다. 이들의 중첩된 이미지는 감광기판 위에 형성된다. 여기서, 4극의 점 조명계 유효광원에서, 이들이 플라이 대안렌즈 등의 인테그레이터에 의해 상호 간섭하게 되면, 형성된 광은 강도가 중첩된 광이다.
다음에, 도 55에 도시된 바와 같은 마스크를 사용한 예에 대해 설명한다. 도 55의 마스크는 식(a1)과 동일한 이하의 식(a3)에 따라 배열된 수평방향과 수직방향의 피치로 크롬차광부(102)를 가지는 통상의 크롬마스크이다.
PO=2MR=M(λ/(2NA)) …(a3)
도 57은 도 55의 통상의 크롬마스크(101)의 주요부의 평면도이다. 도 55의마스크에서, 조명계의 유효광원은 위상시프트 방법에 의거하지 않고, 또 63에 도시된 바와 같이, 4개의 유효광원이 0°, 90°, 180°및 270°로 배치된 4극에 의한 사선의 입사조명에 의거한다. 이 경우에 입사광은 각 θ0를 가지는 평행광으로 이루어지고, 여기서 θ0는 이하의 식 (a4)로 표시될 수 있다.
sinθ0=M/NA …(a4)
이러한 입사광에 응해서, 마스크(101)를 통과하는 2개의 광, 즉, 동일한 각 θ0로 직선으로 진행하는 0차 광과, 각 -θ0로 투영광학계의 광축에 관해서 0차 광에 대칭적으로 진행하는 음의 1차 광이 형성된다. 이 2개의 광은 투영광학계의 동공을 통과하고 이들은 이미지형성에 기여한다.
도 64는 이 경우의 동공(87)위의 광강도분포의 개략도이다. 도 64의 (A)에 도시된 상태는, 조명계가 수직의 입사조명으로 설정되면, 0차 광만이 동공(87)위에 충돌해서, 패턴이미지가 형성될 수 없는 상태이다.
도 64의 (B)에 도시된 상태는 4방향을 따라 광의 사선의 입사(즉, 4방향으로 사선의 입사광에 의해)때문에, 0차광과 양의 1차광(또는 음의 1차광)이 동공면(87a-87d)위에 중첩하여 입사되는 것이다.
도 65는 도 64(B)에 도시된 동공(87)위의 광강도분포가 (87a)-(87d)로 나타낸 4개의 동공면 위의 광강도분포의 조합으로 이루어짐을 설명하는 개략도이다.
상기 설명한 것은 통상의 투영노광장치를 사용하여 2중빔간섭노광을 행하기 위한 마스크와 이것에 대한 조명의 예이다. 상기 설명한 바와 같이 성분을 설정함으로써, 투영광학계의 NA가 가장 큰 영역이 사용될 수 있다.
이 실시예에서, 2차원의 2중빔 간섭패턴노광은 체크형패턴이 형성됨으로써 행해진다. 도 66은 이 실시예의 2차원의 2중빔 간섭노광으로부터의 결과로, 감광기판위에 노광량 지도의 형태로 도시되는 노광패턴의 개략도이다. 이 실시예에서, 최종적으로 형성되는 노광패턴에 대해서, 2중빔 간섭노광은 2방향에 관해서 동일한 레벨의 노광량으로 행해진다.
도 66에 도시된 노광패턴에서, 2회의 2중빔 간섭노광의 결과로서, 노광량의 범위는 0에서 2까지의 3단계이다. 이러한 노광패턴에 대해, 간섭노광에서의 최소크기의 2배의 크기의 대략적인 패턴은 통상의 노광을 통하여 0에서 3까지의 4단계의 노광량으로 중첩(2중노광)된다.
감광기판의 노광임계치는, 도 67에 도시된 바와 같이 2(2중빔 간섭노광에서 가장 큰 노광량)보다 크고 3(통상의 패턴의 투영노광에서 가장 큰 노광량)보다 작게 되도록 예를 들면, 2.5로 설정될 수 있다.
도 67은 2중빔 간섭노광과 통상의 패턴의 투영노광에 의거한 2중노광에 의해 얻을 수 있는 패턴의 예의 개략도이다. 도 67은 4단계의 투과도를 가지는 통상의 패턴을 가지는 마스크M을 개략적으로 도시한다.
도 67의 하부는 도 66의 2중빔 간섭노광과 4단계(0, 1, 2 및 3)의 노광량을 적용하는 마스크M의 사용에 의한 투영노광의 결과로서 형성되는 노광패턴에서의 노광량을 도시한다. 음영영역은 노광임계치 이상의 부분을 나타내고, 이들 영역은 다중노광에서 최종노광패턴을 형성한다.
도 69는 이 실시예에 의해 형성된 노광패턴의 예의 개략도이다. 도 67에 도시된 블록의 유닛에서 투영노광의 노광량을 변화시킴으로써, 미세패턴이 넓은 영역에서 또한 복잡한 형태로 형성될 수 있다.
상기 설명한 바와 같은 4단계(0, 1, 2 및 3)의 노광량을 가지는 투영노광은 도 67에 도시된 바와 같은 복수의 투과도를 가지고 또한 2π의 배수에 대응하는 위상차를 가지는 해프톤 마스크M을 사용하여 단일노광에서 행해질 수 있다.
또한, 임계치가 1과 2사이의 레벨에 설정되는 경우, 도 68에 도시된 바와 같은 패턴은 2중빔 간섭만으로 형성될 수 있다. 도 67에 도시된 바와 같이, 4단계 노광량을 제공하는데 효과적인 4단계 투과도를 가진다. 이들 중에서, 0%의 블록은 크롬 차광에 의해 형성될 수 있다. 100%의 블록은 석영기판만으로 이루어진다.
투과도에서 25%와 50%를 가지는 블록은, 이하의 관계식:
n/c=(mλ)/(-lnT)
을 만족하는 굴절률n과 흡수계수c를 가지는 하나의 재료 또는 재료들의 진공퇴적에 의해 형성될 수 있고, 여기서 T는 0.25 또는 0.50이고, m은 1 또는 2의 정수이며, λ는 파장이다.
상기 설명한 구조에 투과도가 변화하는 경계에서, 위상시프트의 양은 2π의 배수와 같게 되고, 위상시프트효과에 기인한 노광패턴의 변화는 발생하지 않는다. 이에 의해, 2중빔 간섭노광과 중첩함으로써, 도 69에 도시된 바와 같은 소망의 패턴이 형성될 수 있다.
앞의 예에서 설명은 투과형 해프톤 마스크에 대해 행해졌으나, 본 발명은 본질적으로 동일한 구조에 의해 반사형 해프톤 마스크에 적용가능하다.
도 78은, 조명계가 4개의 유효광원중 유효광원S1과 S3이 동일한 강도를 가지는 한편, 광원 S2와 S4가 광원S1과 S3보다 작지만 동일한 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 4극 조명에 의거하는, 예의 개략도이다.
마스크에 관해서, 레벤슨마스크(90)가 사용될 수 있다. 도 79의 (A)는 동공(87)위의 광강도분포를 설명하는 개략도이고, 이것은 동공(87)내부에 회절광이 형성되지 않아 이미지가 형성되지 않는 상태를 도시한다.
도 79의 (B)에 도시된 상태는, 양과 음의 1차 회절광이 동공(87a-87d)위에 입사됨으로써, 조명계가 사선의 입사조명(4방향을 따라 사선으로 투영되는 광을 사용하여)을 제공하는 것이다.
도 80은 도 79의 동공(87)위의 광강도분포가 (87a-87d)로 나타낸 4개의 동공면 위의 광강도분포의 조합으로 이루어짐을 설명하는 개략도이다.
도 81은 이 실시예의 2차원 2중빔 간섭노광으로부터의 결과로, 감광기판위에 노광량 지도의 형태로 도시되는 노광패턴의 개략도이다. 이 실시예에서, 최종적으로 형성되는 노광패턴에 대해서, 2중빔 간섭노광은 2방향에 관해서 동일한 레벨의 노광량으로 행해진다.
도 81에 도시된 노광패턴에서, 2회의 2중빔 간섭노광의 결과로서, 노광량의 범위는 0에서 3까지의 4단계이다. 이러한 노광패턴에 대해, 대략적인 패턴은 통상의 노광을 통하여 0에서 4까지의 5단계의 노광량으로 중첩(2중노광)된다.
감광기판의 노광임계치은, 도 82에 도시된 바와 같이, 3(2중빔 간섭노광에서가장 큰 노광량)보다 크고 4(통상의 패턴의 투영노광에서 가장 큰 노광량)보다 작게 되도록 설정될 수 있다.
또 82는 2중빔 간섭노광과 통상의 패턴의 투영노광에 의거한 2중노광에 의해 얻을 수 있는 패턴의 예의 개략도이다. 도 82는 5단계의 투과도를 가지는 통상의 패턴을 가지는 마스크M을 개략적으로 도시한다.
도 82의 하부는 도 81의 2중빔 간섭노광과 5단계(0, 1, 2, 3 및 4)의 노광량을 적용하는 마스크M의 사용에 의한 투영노광의 결과로서 형성되는 노광패턴에서의 노광량을 도시한다. 음영영역은 노광임계치이상의 부분을 나타내고, 이들 영역은 다중노광에서 최종노광패턴을 형성한다.
도 83과 도 84는 이 실시예에 의해 형성된 노광패턴의 예의 개략도이다. 도 82에 도시된 블록의 유닛에서 투영노광의 노광량을 변화시킴으로써, 미세패턴이 넓은 영역에서 또한 복합한 형태로 형성될 수 있다.
상기 설명한 바와 같은 5단계(0, 1, 2, 3 및 4)의 노광량을 가지는 투영노광은 도 82에 도시된 바와 같이, 복수의 값의 해프톤 마스크 M을 사용하여 단일노광에서 행해질 수 있다.
도 82에 도시된 바와 같이, 5단계 노광량을 제공하는데 효과적인 5단계 투과도를 가진다. 이들 중에서, 0%블록은 크롬 차광에 의해 형성될 수 있다. 100% 블록은 석영기판만으로 이루어진다.
투과도에서 25%, 50% 및 75%를 가지는 블록은, 이하의 관계식:
n/c=(mλ)/(-1nT)
을 만족하는 굴절률 n과 흡수계수 c를 가지는 하나의 재료 또는 재료들의 진공퇴적에 의해 형성될 수 있고, 여기서 T는 0.25, 0.50 또는 0.75이고, m은 1 또는 2의 정수이며, λ는 파장이다.
상기 설명한 구조에 의해, 투과도가 변화하는 경계에서도 위상시프트의 양은 2π의 배수와 같게 되고, 위상시프트 효과에 기인한 노광패턴의 변화는 발생하지 않는다. 이에 의해, 2중빔 간섭노광과 중첩함으로써, 도 82에 도시된 바와 같은 소망의 패턴이 형성될 수 있다.
앞의 예에서 설명은 투과형 해프톤 마스크에 대해 행해졌으나, 본 발명은 본질절적으로 동일한 구조에 의해 반사형 해프톤마스크에 적용가능하다.
이제 도 70에 관해서, 도 55에 도시된 바와 같은 크롬마스크를 사용한 본 발명의 또다른 실시예에 의한 노광장치에 대해 설명한다.
도 70은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치의 개략도이다. 도면에서 (11)은 노광광원을 나타내고, (12)는 조명광학계를 나타낸다. (13)의 개략도는 조명모드를 도시한다. (14)는 이 실시예에서 사용되는 크롬마스크(도 19)를 나타낸다. (15)는 상호교환적으로 사용되는 마스크를 나타내고, (16)은 마스크교환기구를 나타낸다. (19)는 동공필터를 나타내고, (20)은 필터교환기구를 나타낸다. (21)은 웨이퍼를 나타내고, (22)는 웨이퍼스테이지를 나타낸다.
이 노광장치에서, 2중빔 간섭노광에 대해서, 조명광학계(12)는 도 74에 도시된 바와 같은 유효광원을 형성하도록 설정되어, 동공필터(19a)를 사용하고, 또한 마스크를 나중에 설명할 2중빔 간섭마스크(14)로 교환함으로써, 도 70의 (13a)에도시된 바와 같이, 조명은 간섭성 조명(마스크위에 수직적으로 충돌하는 평행 또는 대략 평행의 광을 사용한 작은 σ의 조명)을 행한다. 한편, 통상의 투영노광에 대해서, 도 70의 (13b)에 도시된 바와 같이, 동공필터를 적절히 다른 것으로 교환하거나 그것을 후퇴시키고 마스크를 적절히 교환함으로써, 조명은 부분간섭성 조명으로 적절히 변화된다.
도 72와 도 73에 관해서, 도 70의 노광장치에서 행해지는 2중빔 간섭노광의 원리와 2중빔 간섭마스크의 구조에 대해 설명한다.
도 72는, 예를 들면, 모두 굴절계로 이루어진 종래 타입의 투영광학계를 포함하는 노광장치를 도시한다. 파장 248㎚에 관해서 NA=0.6 또는 그 이상의 계가 시판중이다. 도면에서 (161)은 예를 들면, 도 71에 도시된 바와 같은 패턴을 가지는 2중빔 간섭마스크를 나타낸다. (162)는 물체측 노광광을 나타낸다. (163)은 투영광학계를 나타내고, (164)는 조리개를 나타낸다. (165)는 이미지측 노광광을 나타내고, (166)은 감광기판(웨이퍼)을 나타낸다. (167)은 동공면위의 광의 위치를 나타낸다.
도면은 2중빔 간섭노광을 개략적으로 도시하고, 물체측 노광광(162)과 이미지측 노광광(165)은 각각 2개의 평행광선으로 이루어진다.
이 실시예에서, 이러한 통상의 투영노광장치에 의해 2중빔 간섭노광을 행하기 위해, 2중빔 간섭마스크(161)와 조명방법은 도 73에 도시된 바와 같이 설정된다. 이것에 대해 이하 상세히 설명한다.
도 73은 이하의 식(61)에 따라 설정되는 수직방향과 수평방향으로의 피치의크롬차광부(171)에 의한 2차원의 주기패턴을 가지는 2중빔 간섭마스크의 일례의 단면도이다.
P0=4MR=M(λ/(NA)) …(b1)
여기서, R은 해상도이고, PO는 마스크(161)위의 주기패턴의 피치이고, P는 감광기판(166)위의 주기패턴의 피치이고, M은 투영광학계(163)의 배율이고, λ는 파장이고, NA는 투영광학계의 이미지측 개구수 NA이다.
도 72에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 대략 수직인 광을 사용하여 대략 간섭성 조명을 사용한다. 보통 이러한 조명하에서는, 마스크(161)를 통과하는 3개의 광, 즉, 직선으로 진행하는 0차 광과, 투영광학계의 광축(163a)에 관해서 0차 광에 대해 대칭적으로 각각 각 -θ0와 +θ0로 진행하는 음의 1차 광과 양의 1차광이 있다. 이들 광은 투영광학계(163)를 통과하고, 이들은 이미지형성에 기여한다. 그러나, 이 실시예에서는, 탈착가능한 동공필터(조리개)는 0차 광을 제거하기 위해 투영광학계의 동공에 인접하여 배치되어, 0차 광이 이미지형성에 기여하지 않는다. 동공필터(164)에 관해서, 투과되는 광의 투과크기 또는 위이미지를 제어하는 기능을 가지는 것이 사용될 수 있다.
이러한 동공필터(164)의 예는, 광축중심부에 차광영역을 가지는 도 85에 도시된 필터A, 또는 십자가 형상의 차광영역을 가지는 필터B이어도 되나, 필터B가 바람직하다.
다른 것으로는 4개의 유효광원 LS1-LS4만이 투과될 수 있는 것을 특징으로하는 도 86에 도시된 바와 같은 필터가 있다.
도 75의 (A)는, 5개의 광 즉, 0차 광과 양과 음의 1차 광들이 분포되어 있는 것을 특징으로 하는, 동공(167)위의 광강도분포(물체스펙트럼)를 도시한다.
도 75의 (B)는 도 85의 필터이어도 되는 0차 차광필터를 사용함으로써, 0차 광이 저지되는 상태를 도시한다.
도 87은, 노광패턴이 노광량 지도의 형태로 도시된 것을 특징으로 하는, 이 실시예에 의해 도 75에서의 유효광원 LS1-LS4을 사용한 4중빔 간섭노광의 결과로서 감광기판위에 형성된 노광패턴의 개략도이다. 4중빔 간섭에서, 광의 크기가 합성된 때 결과의 간섭상태가 처리된다.
이 실시예에서, 최종적으로 형성되는 노광패턴에 대해서, 4중빔 간섭노광을 위한 광원으로부터의 광에 의한 노광량은 동일한 레벨에 설정된다.
도 87에 도시된 노광패턴에서, 4중빔 간섭노광의 결과로서, 노광량의 범위는 0과 1의 2단계이다. 이러한 노광패턴에 대해, 대략적인 패턴은 통상의 노광을 통하여 0에서 2까지의 3단계의 노광량으로 중첩(2중노광)된다.
감광기판의 노광임계치는, 도 88에 도시된 바와 같이 1(4중빔 간섭노광에서 가장 큰 노광량)보다 크고 2(통상의 패턴의 투영노광에서 가장 큰 노광량)보다 작게 되도록 예를 들면, 1.5로 설정될 수 있다.
도 88은 4중빔 간섭노광과 통상의 패턴의 투영노광에 의거한 2중노광에 의해 얻을 수 있는 패턴의 예의 개략도이다. 도 88은 3단계의 투과도를 가지는 통상의 패턴을 가지는 마스크M을 개략적으로 도시한다.
도 88의 하부는 도 87의 4중빔 간섭노광과 3단계(0, 1 및 2)의 노광량을 적용하는 마스크M의 사용에 의한 투영노광의 결과로서 형성되는 노광패턴에서의 노광량을 도시한다. 음영영역은 노광임계치 이상의 부분을 나타내고, 이들 영역은 다중노광에서 최종노광패턴을 형성한다.
도 89는 이 실시예에 의해 형성된 노광패턴의 예의 개략도이다. 도 88에 도시된 블록의 유닛에서 투영노광의 노광량을 변화시킴으로써, 미세패턴이 넓은 영역에서 또한 복잡한 형태로 형성될 수 있다.
상기 설명한 바와 같은 3단계(0, 1 및 2)의 노광량을 가지는 투영노광은 도 88에 도시된 바와 같은 복수의 값을 가지는 해프톤 마스크M을 사용하여 단일노광에서 행해질 수 있다.
도 88에 도시된 바와 같이, 3단계 노광량을 제공하는데 효과적인 3단계 투과도를 가진다. 투과도의 값은 임의의 값으로, 예를 들면, 0%, 5% 및 100%의 투과도를 가진다. 이들 중에서, 0% 블록은 크롬 차광에 의해 형성될 수 있다. 100% 블록은 석영기판만으로 이루어진다.
예를 들면, 투과도에서 50%를 가지는 블록은, 이하의 관계식:
n/c=(mλ)/(-1nT)
을 만족하는 굴절률n과 흡수계수c를 가지는 하나의 재료 또는 재료들의 진공퇴적에 의해 형성될 수 있고, 여기서 T는 0.50이고, m은 1의 정수이며, λ는 파장이다.
상기 설명한 구조에 투과도가 변화하는 경계에서, 위상시프트의 양은 2π의 배수와 같게 되고, 위상시프트효과에 기인한 노광패턴의 변화는 발생하지 않는다.이에 의해, 2중빔 간섭노광과 중첩함으로써, 도 89에 도시된 바와 같은 소망의 패턴이 형성될 수 있다.
앞의 예에서 설명은 투과형 해프톤 마스크에 대해 행해졌으나, 본 발명은 본질적으로 동일한 구조에 의해 반사형 해프톤 마스크에 적용가능하다.
앞서 설명한 방법으로, 통상의 투영노광을 위한 기본적인 투영노광장치는 2중빔 간섭노광에도 또한 사용된다. 또한, 이 방법은 양과 음의 1차 광을 사용하므로, 2중빔 간섭마스크의 피치는 정상의 피치보다 2배 더 크게 되어도 된다. 게다가, 레벤슨형 마스크에서와 같이 마스크에 미세한 위상막을 형성할 필요가 없다. 이것은 마스크의 제조에 매우 유리하다.
상기 설명한 것은 통상의 투영노광장치를 사용하여 2중빔 간섭노광을 행하기 위한 마스크(161)와 이것에 대한 조명의 예이다. 상기 설명한 바와 같이 구성성분을 설정함으로써, 투영광학계의 NA가 가장 큰 영역이 사용될 수 있다.
도 76의 (A)는 마스크(161)의 예의 개략도이다. 도 76의 (B)는 0차 광을 저지하기 위해 동공필터(19a)를 사용하고, 수평방향과 수직방향의 두방향에 관해서 2중빔 간섭을 행함으로써, 이 실시예에 의한 감광기판(21)표면위에 형성되는 체크형 패턴이미지를 도시한다.
도 76에 도시된 상태에서, 원형상의 패턴이미지는 2차원적으로 또한 주기적으로 형성된다. 한계 해상도 근처 또는 그 이하에서는 공간적으로 고주파 성분이 없고, 레지스트 임계치레벨에 따라서 체크의 사각형상이 둥글게 된다. 이에 의해, 미세한 원의 매트릭스분포가 형성될 수 있다.
이 실시예에서는, 그렇지 않으면 감광기판의 임계치때문에 고해상도 패턴노광만을 통해서는 나타나지 않을 2중빔 간섭노광에 의해 형성된 체크패턴은 통상의 회로패턴의 투영노광에 의해 다중노광으로 중첩된다. 이에 의해, 이러한 패턴노광의 조합된 효과에 의거하여 체크패턴은 선택적으로 회복되고, 따라서 소망하는 형태의 회로패턴이 형성될 수 있다.
도 77은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치의 특정한 광학배열의 개략도이다.
이 실시예에서는, 서브마이크론오더 또는 1/4마이크론 오더의 리소그래피에 대해, 발명은 스텝-앤드-리피트(step-and-repeat) 또는 스텝-앤드-스캔(step-and-scan)형 노광장치에 적용된다.
도면에서, 레이저광원(201)으로부터의 레이저광은 이것의 빔직경이 확대됨으로써 빔형상화유닛(205)에 들어간다. 다음에 광은 광인테그레이터(206)의 광입사표면(206a)위에 충돌한다. 광인테그레이터(206)는 소정의 피치로 2차원적으로 배열되고, 사각형 또는 원형의 단면형이미지를 가지는 복수의 작은 렌즈(플라이 대안렌즈)6i(i=1 내지 N)로 이루어진다. 이것은 광인테그레이터의 광배출면(206b)에 인접하는 2차 광원을 형성한다.
(207)은 2차 광원의 형이미지를 결정하는 기능을 하는 조리개를 나타낸다. 조리개(207)는 조리개 교환기구(액츄에이터)(216)에 의해 구비되어, 예를 들면 (207a),(207b)등의 다양한 조리개가 조명상태에 따라 이 기구에 의한 광로에 상호교환가능하게 놓여진다. 예로서, 조리개(207)는 예를 들면 원형개구를 가지는 통상의 조리개, 투영렌즈(213)의 동공면(214)위의 광강도분포를 변화시키기 위한 링형상 조명조리개, 4극 조명조리개 및 작은 σ의 조명조리개를 포함하고, 이들중 어느 하나가 광로에 선택적으로 놓여질 수 있다.
이 실시예에서, 다양한 조리개(207)를 사용함으로써, 수렴렌즈(208)위에 충돌하는 광은, 투영광학계(213)의 동공면(214)위의 광강도분포를 적절히 제어하도록 다양한 방법으로 변화된다. 수렴렌즈(208)는 광인테그레이터(206)의 광배출면(206b)에 인접하는 2차광원으로부터 방사되고 조리개(207)를 통과하는 복수의 광속을 수집하는 기능을 해서, 미러(209)에 의해 반사된 후, 이들 광속은 마스킹블레이드(210)의 표면위에 균일하게 중첩되어 이 표면을 조명한다. 마스킹 블레이드(210)는 소망의 애퍼처형이미지를 형성하기 위해, 복수의 이동가능한 차광판으로 이루어진다.
(211)은, 조명되는 표면인 레티클(마스크)(212)의 표면위로 마스킹 블레이드(210)의 애퍼처형이미지를 전사하는 기능을 함으로써, 레티클(212)위의 요구되는 영역을 균일하게 조명하도록 하는 결상렌즈를 나타낸다.
(213)은 웨이퍼처크 위에 놓여진 웨이퍼(기판)(215)위로 레티클(212)의 회로패턴을 축소된 스케일로 투영하는 투영광학계(투영렌즈)를 나타낸다. (214)는 이 투영광학계(213)의 동공면을 나타낸다. 이 동공면(214)위에, 도 18에 도시된 바와 같이 다양한 조리개가 장착가능하게 배치될 수 있다.
이 실시예의 광학배열에서, 마스킹블레이드(210), 레티클(212) 및 웨이퍼(215)는 서로 광학적으로 공액관계로 놓여있다. 또한, 투영광학계(213)의조리개(207a)와 동공면(214)은 서로 대략 공액관계로 놓여있다.
상기 설명한 구조에 의해, 이 실시예에서, 레티클(212)의 패턴은 축소된 스케일로 웨이퍼(215)표면위에 투영된다. 다음에, 소정의 현상공정을 통하여 디바이스(반도체디아비스)가 제조된다.
이 실시예에서 상기 설명한 바와 같이, 상이한 애퍼처 형이미지를 가지는 조리개는 사용될 레티클(212)의 패턴의 형상에 따라 선택적으로 사용됨으로써, 투영광학계(212)의 동공면(214)위에 형성되는 광강도분포를 다양한 방법으로 변화시킨다.
조명광학계의 조명방법에 관해서, KrF엑시머레이저, ArF엑시머레이저 또는 F2엑시머레이저가, 레이저로부터의 광에 의해 마스크패턴을 조명하는데 사용될 수 있다.
노광장치의 투영광학계는 마스크패턴을 투영하기 위해 굴절광학계, 반사굴절광학계 및 반사광학계중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
노광장치는 스텝-앤드-리피트형 또는 스텝-앤드-스캔형일 수 있다.
다음에, 선행의 실시예중 어느 하나에 의한 투영노광장치를 사용하는 반도체디바이스 제조방법의 일실시예에 대해 설명한다.
도 93은 예를 들면 반도체칩(예를 들면, IC 또는 LSI), 액정패널 또는 CCD 등의 마이크로디바이스를 제조하는 공정의 흐름도이다.
스텝 1은 반도체디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이다. 스텝 2는 회로패턴설계에 의거하여 마스크를 형성하는 공정이다. 스텝 3은 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조하는 공정이다. 스텝 4는, 상기와 같이 제조된 마스크와 웨이퍼를 사용하여 리소그래피를 통하여 웨이퍼위에 실제로 회로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 전공정이라 칭하는 웨이퍼공정이다. 이것에 이어지는 스텝 5는 스텝 4에 의해 처리되었던 웨이퍼가 반도체칩으로 형성되는 것을 특징으로 하는 후공정이라 칭하는 조립스텝이다. 이 스텝은 조립(다이싱 및 본딩)공정과 패키징(칩밀봉)공정으로 이루어진다. 스텝 6은 스텝 5에 의해 형성된 반도체디바이스에 대해서 동작체크, 내구성체크 등이 행해지는 것을 특징으로 하는 검사스텝이다. 이들 공정에 의해, 반도체디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 94는 웨이퍼공정의 상세를 도시하는 흐름도이다.
스텝 11은 웨이퍼의 표면을 산화하는 산화공정이다. 스텝 12는 웨이퍼표면위에 절연막을 형성하는 CVD공정이다. 스텝 13은 진공퇴적에 의해 웨이퍼위에 전극을 형성하는 전극형성공정이다. 스텝 14는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이다. 스텝 15는 웨이퍼에 레지스트(감광재료)를 도포하는 레지스트공정이다. 스텝 16은 상기 설명한 노광장치를 통하여 웨이퍼위에 마스크의 회로패턴을 노광에 의해 프린트하는 노광공정이다. 스텝 17은 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상공정이다. 스텝 18은 현상된 레지스트이미지이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 스텝 19는 에칭공정이 행해진 후 웨이퍼위에 남아있는 레지스트재료를 박리하는 레지스트박리공정이다. 이들 공정을 반복함으로써, 회로패턴은 웨이퍼위에 중첩적으로 형성된다.
이제 본 발명의 다른 실시예에 대해 상기 설명한 도 90, 도 91A, 도 91B, 도 92A 및 도 92B와 유사한 도 95와 도 96A 내지 도 96D를 참조하면서 설명한다. 이 실시예는 포지티브타입의 레지스트가 파장 248㎚의 KrF엑시머스텝퍼와 함께 사용되는 예에 관한 것이다.
앞에서 설명한 실시예와 마찬가지로, 최적의 광량비는 포지티브 타입의 레지스트에 관해서 결정된다. 이 포지티브타입의 레지스트에서, 레티클을 통하여 투과되는 광으로 조사되었던 부분은 제거되는 반면, 레티클에 의해 차단된 부분은 남게된다. 현상공정 후 남아있는 레티클패턴에 대응하는 부분에 따라, 노광공정은 레티클주변부를 통과하는 광을 차광하는 차광재료로 이루어진 패턴을 가지는 레티클을 사용하여 행해질 수 있다. 이 타입의 레티클에서, 패턴주변부에서의 광강도는 1인 반면, 패턴부에서의 광강도는 0이다. 따라서, 통상의 노광공정후, 도 95에 도시된 바와 같이 패턴 주변부에서 1의 광강도를 가지는 광량분포가 형성된다.
포지티브타입의 레지스트의 경우에, 주기패턴의 이미지의 강도분포의 최대레벨이 I0이고, 강도분포의 최소레벨이 I1인 때, 조합된 이미지는 강도분포:
a'=k*a+I1
a"=k*a+I0
b'=k*a+I1
c'=k*c+I0
d'=k*d+I0
을 가질 수 있다. 패턴주변의 최대강도값이 I2max(도 95(A)에서 I2에 대응)이고 패턴주변의 최소강도값이 I2min(도 95(C)에서 I3에 대응)이면,
I2max=k*1+I0=I2
I2min=k*1+I1=I3
이다. 상이한 조명조건하에서 주기패턴노광에 의해 형성된 노광량분포(도 95(A)의 하부)와 통상의 투영노광(가장 양호한 초점)에 의해 형성된 노광량분포(도 95(B)의 하부)는 다음과 같다:
[조명조건 1]
주기패턴노광은 σ=0.3으로 행해진 반면, 통상의 패턴노광은 σ=0.3으로 행해졌다(도 96A).
I0=0.80
I1=0.23
a=0.03
b=0.27
c=0.21
d=0.58
k=1.5인때,
a'=0.28
a"=0.85
b'=0.64
c'=1.12
d'=1.67
I2min=1.73
이 얻어진다. 1의 주변강도를 형성하기 위해(K*1+1)로 나눔으로써 정규화된 때, 결과는 다음과 같다:
a'=0.11
a"=0.34
b'=0.23
c'=0.45
d'=0.67
I2min=0.69
정규화된 레지스트 임계치 IC는:
a'=k*a+I1＜IC
a"=k*a+I0＜IC
b'=k*a+I1＜IC
c'=k*c+I0＞IC
I2min=K*1+I1＜IC
이어야 하므로, 0.34＜IC이고 0.45＞IC를 이끈다.
[조명조건 2]
주기패턴노광은 σ=0.3으로 행해진 반면, 통상의 패턴노광은 σ=0.6으로 행해졌다(도 96B).
I0=0.80
I1=0.23
a=0.04
b=0.26
c=0.23
d=0.58
k=2.0인때,
a'=2.23
a"=0.88
b'=0.75
c'=1.26
d'=1.96
I2min=2.23
이 얻어진다. 1의 주변강도를 형성하기 위해(K*1+1)로 나눔으로써 정규화된 경우, 결과는 다음과 같다:
a'=0.01
a"=0.29
b'=0.25
c'=0.42
d'=0.65
I2min=0.74
정규화된 레지스트 임계치 IC는 0.29＜IC이고 0.4≥IC이다.
[조명조건 3]
주기패턴노광은 σ=0.3으로 행해진 반면, 통상의 패턴노광은 σ=0.3으로 행해졌다(도 96C).
I0=0.80
I1=0.23
a=0.05
b=0.26
c=0.27
d=0.59
k=2.5인때,
a'=0.36
a"=0.93
b'=0.88
c'=1.47
d'=2.28
I2min=2.73
이 얻어진다. 1의 주변강도를 형성하기 위해(K*1+1)로 나눔으로써 정규화된 때, 결과는 다음과 같다:
a'=0.10
a"=0.26
b'=0.25
c'=0.42
d'=0.65
I2min=0.78
따라서, 정규화된 레지스트 임계치 IC는 0.26＜IC＜0.42이다.
[조명조건 4]
주기패턴노광은 σ=0.3으로 행해진 반면, 통상의 패턴노광은 링형상조명의σ=0.8으로 행해졌다. σ가 0.6 이하인 내부(링의 내부)에서의 조명분포는 0이었다(도 96D).
I0=0.80
I1=0.23
a=0.06
b=0.26
c=0.35
d=0.62
k=3.0인때,
a'=0.41
a"=0.98
b'=1.01
c'=1.85
d'=2.66
I2min=3.23
이 얻어진다. 1의 주변강도를 형성하기 위해(K*1+1)로 나눔으로써 정규화된 때, 결과는 다음과 같다:
a'=0.10
a"=0.25
b'=0.25
c'=0.46
d'=0.67
I2min=0.81
따라서, 정규화된 레지스트 임계치 IC는 0.25＜IC＜0.46이다.
정규화된 레지스트임계치가 상기 설명한 범위내에 있는 경우, 정규화된 a', a" 및 b'에 대한 노광량분포의 강도는 임계치보다 낮고, c', d' 및 I2min은 임계치보다 크다. 레지스트임계치보다 작은 노광량에 의한 부분만 남게되므로, a', a" 및 b'의 노광량 분포만 현상후 패턴으로서 남는다. 따라서, 도 95(C)의 하부의 회색부분은 현상공정 후 남아있는 형상에 대응한다.
이 실시예에서 설명한 강도분포는, 레티클에 인가되는 광량과 웨이퍼에 투영되는 광량이 서로 동일하다는 가정에 의해, 정규화된다. 설명한 광량비는 이 강도분포에 의거하여 계산되고, 최적의 광량비는 대략 상기 설명한 조명조건을 참조하면서 상기 언급한 광량비이다.
실제로, 레티클에 인가되는 광량은 웨이퍼표면에 투영되는 광량과는 상이하다. 또한, 조명조건에 따라서, 받은 광량과 그곳으로부터 방사된 광량의 비는 변화한다. 따라서, 정확한 판단으로는, 최적의 광량비는 변화한다. 그러나, 최적의 광량비는 통상의 노광에 의한 강도분포와 고콘트라스트의 주기패턴노광에 의한 강도분포에 의거하여, 상기 설명한 계산에 따라 결정되는 것이 당연하다.
즉, 중요한 것은, 최적의 광량비가 달성되도록, 부가로 조합된 이미지의 노광량분포가 레지스트임계치에 관해서 계산에서의 크기 관게를 만족하도록 이들 노광공정의 노광량을 조절하는 것이다.
몇몇 선행의 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이, 노광량 분포는 조명조건에 의해 변화하고, 또한 패턴의 크기도 변화한다.
또한, 실제의 레지스트임계치는 이 정규화된 레지스트 임계치의 배수이고, 실제의 노광량분포는 이 정규화된 노광량분포의 배수이다. 실제로, 노광량분포에 관해서, 다중노광에서 최적의 광량비를 유지하면서 적절히 누적된 노광량을 형성하기 위해, 노광량은 실제로 레지스트 임계치에 따라 조절될 수 있다.
즉, 노광공정 후 패턴형상은 실제로 누적된 노광량분포와 실제의 레지스트 임계치사이의 크기관계에 의해 결정된다. 포지티브타입의 레지스트의 경우에, 레지스트임계치보다 작은 노광량분포를 가지는 부분은 남는다. 따라서, 패턴으로서 남아있는 부분에 대한 노광량분포는 레지스트임계치보다 작게 되도록 조절된다.
본 발명은 여기에 개시된 구조를 참조하면서 설명했으나, 개시된 상세에 제한되지 않고 이 출원은 개선의 목적 또는 다음의 클레임의 범위내에 들어가는 어떠한 변형 또는 변화도 포함하도록 의도된다.

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  38. 소정의 패턴에 대해 레지스트의 노광을 행하는 노광방법에 있어서,
    상기 노광방법은, 소정의 노광에 의거하여 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 제 1단계와, 상기 소정의 패턴과 닮은 마스크패턴을 가진 마스크의 사용에 의해 소정의 노광량을 각각 가진 제 1부분과 제 2부분을 포함하는 제 2노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 제 2단계를 포함하고;
    상기 소정의 패턴의 제 1부분에 대한 노광은, 제 1노광량분포의 일부분과 제 2노광량분포의 제 1부분의 중첩에 의거하여, 행하고;
    소정의 패턴의 제 2부분에 대한 노광은, 제 1노광량분포의 다른 부분과 중첩되는 제 2노광량분포의 제 2부분에 의거하여, 행하고;
    상기 제 1노광량분포는 레지스트의 노광한계값 이하이며 0이 아닌 노광량을 형성하고;
    상기 제 2노광량분포의 제 1부분은 레지스트의 노광한계값 이하이며 0이 아닌 노광량을 형성하고;
    상기 제 2노광량분포의 제 2부분은 레지스트의 노광한계값 이상이고;
    상기 제 1노광량분포의 특정부분의 노광량과 상기 제 2노광량분포의 제 1부분의 노광량과의 총계는 레지스트의 노광한계값 이상이고;
    상기 제 1단계와 제 2단계는, 이들 단계사이에서 현상처리를 행하지 않고, 행하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 제 1단계는 이중빔의 간섭노광에 의거한 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  40. 제 38항에 있어서, 상기 제 1단계는 위상시프터 또는 차광부를 가진 제 1마스크를 사용하는 이중빔의 간섭노광에 의거하여 상기 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하고; 상기 제 2단계는 상기 소정의 패턴과 닮은 마스크패턴을 가진 제 2마스크의 사용에 의해 상기 제 2노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  41. 제 38항에 있어서, 상기 제 1단계는 주기적인 패턴노광에 의거하여 제 1노광량분포를 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  42. 제 38항에 있어서, 상기 제 1단계는 위상시프터 또는 차광부를 가진 제 1마스크를 사용하는 주기적인 패턴노광에 의거하여 상기 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하고; 상기 제 2단계는 상기 소정의 패턴과 닮은 마스크패턴을 가진 제 2마스크의 사용에 의해 상기 제 2노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  43. 제 38항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2단계는 제 1단계 후에 행하거나, 상기 제 1단계는 제 2단계 후에 행하거나, 또는 상기 제 1단계와 상기 제 2단계는 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  44. 제 38항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 패턴의 제 1부분은 최소의 라인폭을 가진 부분인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  45. 제 38항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 패턴은 회로패턴인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  46. 마스크는 제 38항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 기재된 노광방법의 제 1노광량분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  47. 마스크는 제 44항에 기재된 노광방법의 제 1노광량분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  48. 마스크는 제 45항에 기재된 노광방법의 제 1노광량분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  49. 마스크는 제 38항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 기재된 노광방법의 제 2노광량분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  50. 마스크는 제 44항에 기재된 노광방법의 제 2노광량분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  51. 마스크는 제 45항에 기재된 노광방법의 제 2노광량분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 마스크.
  52. 노광장치는 제 38항 내지 제 42항 중 어느 한 항에 기재된 노광방법을 행하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  53. 레지스트를 노광하여 현상하는 공정을 포함하고, 소정의 패턴을 형성하는 패턴형성방법에 있어서,
    상기 패턴형성방법은, 소정의 노광에 의거하여 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 제 1단계와, 상기 소정의 패턴과 닮은 마스크패턴을 가진 마스크의 사용에 의해 소정의 노광량을 각각 가진 제 1부분과 제 2부분을 포함하는 제 2노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 제 2단계를 포함하고;
    상기 소정의 패턴의 제 1부분은, 제 1노광량분포의 일부분과 제 2노광량분포의 제 1부분에 의거하여, 형성되고;
    소정의 패턴의 제 2부분은, 제 1노광량분포의 다른 부분과 중첩되는 제 2노광량분포의 제 2부분에 의거하여, 형성되고;
    상기 제 1노광량분포는 레지스트의 노광한계값 이하이며 0이 아닌 노광량을 형성하고;
    상기 제 2노광량분포의 제 1부분은 레지스트의 노광한계값 이하이며 0이 아닌 노광량을 형성하고;
    상기 제 2노광량분포의 제 2부분은 레지스트의 노광한계값 이상이고;
    상기 제 1노광량분포의 특정부분의 노광량과 상기 제 2노광량분포의 제 1부분의 노광량과의 총계는 레지스트의 노광한계값 이상이고;
    상기 제 1단계와 제 2단계는, 이들 단계사이에서 현상처리를 행하지 않고, 행하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  54. 제 53항에 있어서, 상기 제 1단계는 이중빔의 간섭노광에 의거한 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  55. 제 53항에 있어서, 상기 제 1단계는 위상시프터 또는 차광부를 가진 제 1마스크를 사용하는 이중빔의 간섭노광에 의거하여 상기 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하고; 상기 제 2단계는 상기 소정의 패턴과 닮은 마스크패턴을 가진 제 2마스크를 사용한 표준노광에 의거하여 상기 제 2노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  56. 제 53항에 있어서, 상기 제 1단계는 주기적인 패턴노광에 의거하여 제 1노광량분포를 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  57. 제 53항에 있어서, 상기 제 1단계는 위상시프터 또는 차광부를 가진 제 1마스크를 사용하는 주기적인 패턴노광에 의거하여 상기 제 1노광량분포를 상기 레지스트에 인가하고; 상기 제 2단계는 상기 소정의 패턴과 닮은 마스크패턴을 가진 제 2마스크의 사용에 의해 상기 제 2노광량분포를 상기 레지스트에 인가하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  58. 제 53항 내지 제 57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2단계는 제 1단계 후에 행하거나, 상기 제 1단계는 제 2단계 후에 행하거나, 또는 상기 제 1단계와 상기 제 2단계는 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  59. 제 53항 내지 제 57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 패턴의 제 1부분은 최소의 라인폭을 가진 부분인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  60. 제 53항 내지 제 57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 패턴은 회로패턴인 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  61. 디바이스의 제조방법은, 제 53항 내지 제 57항 중 어느 한 항에 기재된 패턴형성방법의 사용에 의해 디바이스를 생산하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  62. 디바이스의 제조방법은, 제 58항에 기재된 패턴형성방법의 사용에 의해 디바이스를 생산하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  63. 디바이스의 제조방법은, 제 59항에 기재된 패턴형성방법의 사용에 의해 디바이스를 생산하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  64. 디바이스의 제조방법은, 제 59항에 기재된 패턴형성방법의 사용에 의해 디바이스를 생산하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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