KR100524349B1 - 위상 쉬프트 마스크, 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의형성방법 및 전자 디바이스의 제조방법 - Google Patents

위상 쉬프트 마스크, 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의형성방법 및 전자 디바이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 위상 쉬프트 마스크는, 기판 상에 형성되고, 또한 기판(1)의 일부 표면을 노출하는 개구부(2a)를 갖는 하프톤 차광막(2)을 갖고 있다. 하프톤 차광막(2)을 투과한 노광광의 위상은 개구부(2a)를 투과한 노광광의 위상과 180°다르다. 개구부(2a)를 투과한 노광광의 광강도에 대한 하프톤 차광막(2)을 투과한 노광광의 광강도의 비에 의해 정의되는 광투과율이 15% 이상 25 % 이하이다. 개구부(2a)의 치수가, 노광광의 파장 λ/개구수 NA를 1로 한 계측에서 O.26 이상 O.45 이하이다. 이것에 의해, 집적도를 저하시키지 않고, 또한, 저비용으로, 치수 균일성이 우수한 패턴을 형성할 수 있는 위상 쉬프트 마스크, 그 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의 형성방법 및 전자 디바이스의 제조방법이 얻어진다.

Description

위상 쉬프트 마스크, 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의 형성방법 및 전자 디바이스의 제조방법{PHASE SHIFT MASK, METHOD FOR FORMING PATTERN USING PHASE SHIFT MASK AND MANUFACTURING METHOD FOR ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은, 하프톤형의 위상 쉬프트 마스크, 그 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의 형성방법 및 전자 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적회로에 있어서의 고집적화 및 미세화에는 괄목할만한 점이 있다. 그것에 따라, 반도체기판(이하, 간단히 웨이퍼로 칭한다) 상에 형성되는 회로패턴의 미세화도 급속히 진행되기 시작하고 있다.
그 중에서도, 포토리소그래피기술이 패턴 형성에 있어서의 기본기술로서 널리 인식되고 있는 중이다. 따라서, 현재까지 다양한 개발, 개량이 행해져 왔다. 그러나, 패턴의 미세화는 여전히 계속되고 있으며, 패턴의 해상도 향상에의 요구도 더욱 강한 것으로 되고 있다.
이 포토리소그래피기술이란, 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트에 포토마스크(원화) 상의 패턴을 전사하고, 그 전사된 포토레지스트를 사용하여 하층의 피에칭막을 패터닝하는 기술이다.
이 포토레지스트의 전사시에 있어서는, 포토레지스트에 현상처리가 시행되는데, 이 현상처리에 의해서 빛이 닿은 부분의 포토레지스트가 제거되는 타입을 포지티브형, 빛이 닿지 않은 부분의 포토레지스트가 제거되는 타입을 네가티브형의 포토레지스트라 한다.
일반적으로, 축소노광방법을 사용한 포토리소그래피기술에서의 해상한계 R(nm)은,
R= k1·λ/(NA)
로 표시된다. 여기서, λ는 사용하는 빛의 파장(nm), NA는 렌즈의 투영광학계의 개구수, k는 결상조건 및 레지스트 프로세스에 의존하는 상수이다.
상기 식으로부터 알 수 있는 것과 같이, 해상한계 R의 향상을 꾀하기 위해서는, 즉 미세패턴을 얻기 위해서는, k1과 λ의 값을 작게 하고, NA의 값을 크게 하는 방법을 고려할 수 있다. 요컨대, 레지스트프로세스에 의존하는 상수를 작게 하는 동시에, 단파장화나 고NA화를 진행시키면 되는 것이다.
이것들 중에서, 광원의 단파장화는 기술적으로 어려워, 동일 파장에서의 고NA화에 의한 것이 필요하다. 그러나, 고NA화를 진행시키면, 빛의 초점심도 δ(δ=k2λ/(NA)2)가 얕아져, 형성 패턴의 형상, 치수정밀도의 열화를 초래한다고 한 문제가 있다.
그래서, 광원이나 렌즈가 아니라, 포토마스크를 개량하는 것에 의해, 패턴의 미세화를 꾀하는 연구가 행해지고 있다. 최근에는, 패턴의 해상도를 향상시키는 포토마스크로서 위상 쉬프트 마스크가 주목받고 있다.
이러한 위상 쉬프트 마스크로서, 예를 들면 반투명 위상 쉬프트부와 투과부를 최적의 치수의 조합으로 구성하는 것에 의해, 실효적인 암부를 형성하는 것이 특개평 10-293392호 공보에 개시되어 있다.
그렇지만, 종래의 위상 쉬프트 마스크를 사용하여 홀 패턴을 형성하는 경우에 있어서, 특히 노광파장보다도 작은 치수의 패턴을 형성할 때에는, 마스크 치수의 미세한 변화가 웨이퍼에 형성되는 레지스트 패턴의 치수의 큰 변화로서 반영된다. 이 때문에, 원하는 치수의 홀 패턴을 형성하는 것이 곤란하게 된다고 하는 문제가 있다. 요컨대, 대단히 치수오차가 작은 마스터패턴이 필요하게 되기 때문에, 마스크 제조에 고도한 기술이 요구되고, 마스크 비용이 커진다고 하는 문제가 있었다.
또한, 종래의 홀 패턴 형성방법으로 형성된 패턴에서는 치수 불균일에 의한 반도체 집적회로 제조에 있어서의 수율의 저하나, 이것을 피하기 위해 패턴 배치간격을 크게 하면, 집적도가 저하한다고 하는 문제가 있었다.
또한, 패턴의 치수의 불균일 그 자체를 해소하기 위해서는 고도의 마스크가 필요하게 되어, 고비용으로 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기한 것과 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 집적도를 저하시키지 않고, 또한 저비용으로, 치수 균일성이 우수한 패턴을 형성할 수 있는 위상 쉬프트 마스크, 그 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의 형성방법 및 전자 디바이스의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 위상 쉬프트 마스크는, 노광광을 투과하는 재질로 이루어진 기판과, 그 기판 상에 형성되고 기판의 일부 표면을 노출하는 개구부를 갖는 하프톤 차광막을 구비하고 있다. 하프톤 차광막을 투과한 노광광의 위상은 개구부를 투과한 노광광의 위상과 다르다. 개구부를 투과한 노광광의 광강도에 대한 하프톤 차광막을 투과한 노광광의 광강도의 비에 의해 정의되는 광투과율은 15% 이상 25% 이하이다. 개구부의 치수는, 노광광의 파장 λ/개구수 NA를 1로 한 계측에서 0.26 이상 0.45 이하이다.
본 발명의 상기 및 또 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부도면과 관련하여 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
[발명의 실시예]
이하, 본 발명의 실시예에 관해 도면에 근거하여 설명한다.
도 1을 참조하여, 위상 쉬프트 마스크(5)는, 투명 기판(1)과, 하프톤 차광막(2)을 갖고 있다. 투명 기판(1)은, 노광광을 투과하도록 노광광에 대해 투명한 재질로 이루어져 있다. 하프톤 차광막(2)은, 투명 기판(1) 상에 형성되고, 또한 투명 기판(1)의 일부 표면을 노출하는 개구부(2a)를 갖고 있다.
하프톤 차광막(2)은, 그 하프톤 차광막(2)을 투과한 노광광의 위상이 개구부(2a)를 투과한 노광광의 위상과 다른 위상(예를 들면 180°다른 위상)이 되도록 구성되어 있다. 또한, 개구부(2a)를 투과한 노광광의 광강도 I1에 대한 하프톤 차광막(2)을 투과한 노광광의 광강도 I2의 비(I2/I1)에 의해 정의되는 광투과율이 15% 이상 25% 이하이다. 또한, 개구부(2a)의 치수 W가, 노광광의 파장(λ)/개구수(NA)를 1로 한 계측에서 O.26 이상 0.45 이하이다.
여기서, 개구부(2a)의 치수 W란, 개구부(2a)의 평면형상이 사각형 형상인 경우에는, 그 사각형의 1변의 치수를 의미한다.
다음에 도 1에 나타낸 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의 형성방법에 관해 설명한다.
도 2를 참조하여, 이 투영노광장치는, 위상 쉬프트 마스크(5) 상의 패턴을 축소하여 웨이퍼(20) 표면의 포토레지스트(23)에 투사하는 것이다. 또한, 투영노광장치는, 광원(11)으로부터 위상 쉬프트 마스크(5)의 패턴까지의 조명광학계와, 위상 쉬프트 마스크(5)의 패턴으로부터 웨이퍼(20)까지의 투영광학계를 갖고 있다.
조명광학계는, 광원인 수은램프(11)와, 반사경(12)과, 집광렌즈(18)와, 플라이아이 렌즈(13)와, 조리개(14)와, 집광렌즈 16a, 16b, 16c와, 블라인드 조리개(15)와, 반사경(17)을 갖고 있다. 또한, 투영광학계는 투영렌즈(19a, 19b)와, 눈동자면 조리개(25)를 갖고 있다.
그것의 노광동작에 있어서는, 우선 수은램프(11)로부터 발생한 빛 11a는, 반사경(12)에 의해, 예를 들면 i선(파장 365nm) 만이 반사되어, 단파장의 빛이 된다. 다음에, 빛 11a는, 집광렌즈 18을 통과하여, 플라이아이 렌즈(13)의 각 플라이아이 구성렌즈(13a)의 각각에 입사하고, 그후에 조리개(14)를 통과한다.
여기서, 빛 11b는, 1개의 플라이아이 구성렌즈(13a)에 의해 발생된 광로를 나타내고, 빛 11c는 플라이아이 렌즈(13)에 의해 발생되는 광로를 나타내고 있다.
조리개(14)를 통과한 빛 11a는, 집광렌즈 16a, 블라인드 조리개(15) 및 집광렌즈 16b를 통과하고, 반사경(17)에 의해 소정 각도로 반사된다.
반사경(17)에 의해 반사된 빛 11a는, 집광렌즈 16c를 투과한 후, 소정의 패턴이 형성된 위상 쉬프트 마스크(5)의 전체면을 균일하게 조사한다. 이후, 빛 11a는 투영렌즈 19a, 19b에 의해 소정의 배율로 축소되어, 웨이퍼(20) 표면의 포토레지스트(23)를 노광한다.
본 실시예에 있어서는, 위상 쉬프트 마스크(5)의 조명은 통상 조명이 아니라, 변형 조명에 의해 행해진다. 통상 조명의 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 위상 쉬프트 마스크(5)에 대해 노광광이 수직하게 조사되어, 0차광 및 ±1차광의 3광속에 의해 웨이퍼(20)가 노광된다. 그러나, 위상 쉬프트 마스크(5)의 패턴이 미세하게 되면, 회절 각도가 커지기 때문에, 수직조명으로서는 ±1차광이 렌즈 안으로 들어가지 않게 되어, 해상되지 않을 우려가 있다.
그래서, 도 4에 나타낸 바와 같이 변형 조명에 의해 조명 광속이 위상 쉬프트 마스크(5)에 대해 비스듬하게 입사된다. 이에 따라, 위상 쉬프트 마스크(5)에 의해 회절된 0차광과 + 1차광 또는 -1차광의 2광속만으로 노광할 수 있어, 해상성을 얻을 수 있다.
이 변형 조명에 있어서는, 도 5에 나타낸 바와 같이 4개의 투과부(14a)를 갖는 크로스 폴 조명 조리개나, 도 6에 나타낸 것과 같이 고리 형태의 투과부(14a)를 갖는 환형 띠 조명 조리개나, 도 7에 나타낸 바와 같이 4개의 투과부(14a)를 갖고, 또한 크로스 폴 조명을 45°회전한 형상을 갖는 4중극 조명 조리개가, 도 2의 조리개(14)로서 사용되어도 된다. 이에 따라, 변형 조명으로서 크로스 폴 조명이나, 환형 띠 조명이나, 4중극 조명을 실현할 수 있다.
이때, 크로스 폴 조명을 사용한 경우에는, 웨이퍼면 내의 X, Y 좌표에서의 직교격자 상에 배치되는 고밀집 패턴의 배치가 가능해진다. 또한, 환형 띠 조명을 사용한 경우에는, 패턴배치 의존성이 작은 범용적인 패턴형성이 가능해진다. 또한, 4중극 조명을 사용한 경우에는, 웨이퍼면 내의 X, Y 좌표에 있어서, 크로스 폴 조명으로 형성된 패턴배치에 대해 45°회전한 상태에서의 직교격자 상에 배치되는 고밀집 패턴의 배치가 가능해진다.
도 8을 참조하여, 이러한 변형 조명에 의해 위상 쉬프트 마스크(5)를 조명한 노광광에 의해 웨이퍼(20) 표면의 포토레지스트(23)가 노광된다. 노광된 포토레지스트(23)는 현상에 의해 패터닝된다. 이 현상에 있어서, 포토레지스트(23)가 네가티브형인 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같이 소정의 값 이하의 노광에너지가 입력된 부분의 포토레지스트(23)만이 제거되어, 포토레지스트(23)가 패터닝된다. 이 패터닝된 포토레지스트(23)를 마스크로 하여, 하층의 피에칭막(22)을 에칭하는 것에 의해, 그 피에칭막(22)에 홀 패턴(22a)을 형성할 수 있다. 이후, 포토레지스트(23)가 예를 들면 애싱 등에 의해 제거되어, 도 10에 나타낸 바와 같이 미세한 홀 패턴(22a)을 갖는 피에칭막(22)이 반도체기판(21) 상에 형성된 반도체장치를 제조할 수 있다.
또한, 상기한 현상에서, 포토레지스트(23)가 포지티브형인 경우에는, 도 11에 나타낸 바와 같이 소정의 값 이상의 노광에너지가 입력된 부분의 포토레지스트(23)만이 제거되어, 포토레지스트(23)가 패터닝된다. 이 패터닝된 포토레지스트(23)를 마스크로 하여, 하층의 피에칭막(22)을 에칭하는 것에 의해, 그 피에칭막(22)을 도트 패터닝으로 형성할 수 있다. 이후, 포토레지스트(23)가 예를 들면 애싱 등에 의해 제거되어, 도 12에 나타낸 바와 같이 미세한 도트 패턴으로 이루어진 피에칭막(22)이 반도체기판(21) 상에 형성된 반도체장치를 제조할 수 있다.
이때, 포토레지스트(23)가 네가티브형 및 포지티브형의 어느 한쪽인 경우에 있어서도, 포토레지스트(23)의 노광은, 개구직경이 파장λ/개구수 NA를 1로 한 계측에서 10 이상의 치수가 큰 개구패턴에서, 포토레지스트(23)가 감광하여 용해성이 반전하는 천이노광량의 10배 이상 40배 이하의 노광량으로 행해지는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이 이외의 범위의 노광량에서는, 양호한 해상성을 얻는 것이 어렵기 때문이다.
본 실시예의 위상 쉬프트 마스크에 따르면, 마스크에 형성된 패턴(개구부(2a))의 치수변동에 대한 포토레지스트에 형성된 패턴(홀 패턴: 도 9, 도트 패턴: 도 11)의 치수 변동(MEF:mask error enhancement factor)을 작게 할 수 있다. 이하, 그것을 설명한다.
각 그래프에서의 파라미터는 포커스이다. 광학조건으로서, 노광광의 파장은 248nm, 개구수 NA는 0.80, 조명은 크로스 폴 조명(σin/σout=0.70/0.85)이다. 그 크로스 폴 조명의 조리개(14)의 형상은 도 17에 나타낸 것 같은 4개의 광투과부(14a)를 갖는 형상이다, 또한, 위상 쉬프트 마스크(5)의 투과율(I2/I1)은 20%이다.
위상 쉬프트 마스크(5)의 개구부의 치수 W가 클 때에는, 종래의 하프톤형 위상 쉬프트 마스크에 의한 패턴형성의 경우에 거의 대응하다. 이 경우, 도 13에 나타낸 바와 같이 개구부(2a)의 투과광의 강도가, 그것을 소거하는 위상관계가 되는 하프톤 차광막(2)의 투과광 강도에 비해 충분히 커진다. 이 때문에, 개구부(2a)에 대응하는 영역에서는, 다른 영역보다도 밝은 부분(광강도가 높은 부분)이 형성된다.
개구부(2a)의 치수 W를 작게 하여 가면, 도 14에 나타낸 바와 같이 개구부(2a)의 투과광의 강도가 작아져 가고, 하프톤 차광막(2)의 투과광에 의한 소거가 상대적으로 커진다. 이에 따라, 하프톤 차광막(2)의 투과광의 강도와 거의 같은 강도의 상이 형성되게 된다. 이때는, 상의 콘트라스트가 작아, 포토레지스트에 패턴을 형성하는 것이 곤란하게 된다.
더욱 개구부(2a)의 치수 W를 작게 하여 가면, 개구부(2a)의 투과광 강도와 하프톤 차광막(2)의 투과광 강도와가 거의 같아진다. 이때, 서로의 위상이, 반위상의 관계(요컨대, 위상이 180°다른 관계)로 되어 있기 때문에, 도 15에 나타낸 바와 같이, 개구부(2a)에 대응하는 영역에서는, 다른 영역보다도 충분히 어두운 점으로서 상이 형성된다. 이 상을 네가티브형의 포토레지스트에 적용하면, 포토레지스트에 홀 패턴이 형성되게 된다.
더욱 개구부(2a)의 치수 W를 작게 하여 가면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 이번에는 개구부(2a)를 투과한 빛의 강도가, 하프톤 차광막(2)의 투과광의 강도보다 작아지고, 소거에 의한 효과가 작아지게 됨으로써, 암점의 어두움이 약하게(밝게) 되어 간다.
더욱 개구부(2a)의 치수 W를 작게 하여 가면, 개구부(2a)가 존재하지 않는 것과 실질적으로 동일하게 되어, 상의 콘트라스트가 없어져 간다.
여기서의 광학조건에 있어서는, 도 15에 나타낸 것과 같이 암점상이 우수한 포커스 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
상기에서, 하프톤형의 위상 쉬프트 마스크에 있어서, 개구부(2a)에 대응하는 영역에 형성된 암점상의 어두움은, 개구부(2a)의 어떤 치수를 경계로 하여, 그 경계치수보다도 치수를 크게 하더라도 작게 하더라도 약해지는(밝아지는) 것을 알 수 있다.
도 18의 광학상 변화로부터, 전술한 것과 같이 광학상 강도의 극소값은, 개구부(2a)가 있는 치수 W(mask width: 여기서는 100∼120nm)에서 최소가 되고, 개구부(2a)의 치수 W가 그것보다 작더라도(80nm), 크더라도(140nm), 커지고 있는 것을 알 수 있다.
어떤 일정한 노광량에서, 이와 같이 개구부(2a)의 치수 W가 다른 마스터패턴을 포토레지스트에 노광하면, 포토레지스트에 형성되는 패턴의 치수는, 도면 중에 나타낸 슬라이스 레벨의 강도로 포토레지스트의 용해/비용해가 나누어지므로, 상이 이 슬라이스 레벨보다 작아지는 부분의 치수에 거의 일치한다. 즉, 포토레지스트에 형성되는 패턴의 치수는 마스크의 개구부(2a)의 치수 W를 크게 하더라도, 작게 하라도, 작아지게 된다. 특히, 상 강도의 극소값이 최소가 되는 개구부(2a)의 치수 W에서는, 포토레지스트에 형성되는 패턴의 치수가 그 개구부(2a)의 치수 W에 의존하지 않게 된다(미분이 제로).
도 19로부터 알 수 있는 것 같이, 상의 치수는, 개구부(2a)의 어떤 치수에서 극대가 되는 것을 알 수 있다. 즉, 개구부(2a)의 치수를 이 극대가 되는 값으로 하여, 패턴형성을 행하면, 개구부(2a)의 치수가 마스크 제조오차에 의해 변동하더라도, 상의 치수는 거의 변화하지 않도록 할 수 있다. 이때, 파라미터는 슬라이스 레벨(노광량에 반비례하는 량)이다.
현시점의 마스크 제조기술의 능력(state of art)에서는, 개구부(2a)의 치수의 제조오차에 의한 분포는 (×4 마스크에 있어서의 웨이퍼상 환산값으로서) 레인지로 5nm 이하이다. 이 때문에, 개구부(2a)의 치수를 극대가 되는 값으로 하면, 개구부(2a)의 치수가 제조오차에 의해 5nm 변동하더라도, 상의 치수의 변화는 매우 작아지는 것(1∼2nm 이하)을 알 수 있다.
이와 같이 마스크에 형성된 패턴의 치수변동에 의한 상의 치수변동의 비율은, MEF(mask error enhancement factor)로 불리고, 이하의 식으로 정의된다.
MEF = ΔCD 웨이퍼/ΔCD 마스크
이 식에서, 「Δ CD(critical dimension) 웨이퍼」는 상의 치수변동이고, 「Δ CD 마스크」는 마스크에 형성된 패턴의 웨이퍼 상에서 환산한 치수변동이다.
종래의 방법에 의해 미세홀 패턴을 형성할 때에는, 이 MEF의 값이 커져, 마스크에 형성된 패턴의 약간의 치수변동이, 상의 치수의 큰 변동으로서 반영되어, 원래 일정한 치수이어야 하는 패턴의 치수가 크게 분포되게 된다. 이에 따라, 디바이스의 수율이나 성능에 악영향이 미치는 것은 명확하여, 미세패턴형성에 있어서의 큰 문제가 되고 있다.
이것에 대해 본 실시예에서는, 개구부(2a)의 치수를 80nm 이상 140nm 이하로 하는 것에 의해, 상기한 MEF를 작게 할 수 있으므로, 개구부(2a)의 치수에 거의 영향을 받지 않는 패턴의 형성이 가능하며, 우수한 제조수율과, 디바이스성능을 얻을 수 있다.
이때, 개구부(2a)의 치수가 100nm 이상 120nm 이하이면, 개구부(2a)의 치수가 제조오차에 의해 5nm 변동하더라도, 상의 치수의 변화를 5nm 정도로 낮게 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기한 개구부(2a)의 치수(80nm 이상 140nm 이하, 바람직하게는 100nm 이상 120nm 이하)는, 노광광의 파장 λ가 248nm, 개구수 NA가 O.80인 경우이지만, 다른 파장 λ 및 개구수 NA의 경우에도 MEF를 작게 할 수 있는 적절한 개구부(2a)의 치수가 있다.
그래서, 그와 같은 적절한 개구부의 치수를 구하기 위해, 파장 λ/개구수 NA를 1로 하여 계측한 경우의, 개구부(2a)의 치수 W0를 이하의 식에서 구하였다.
개구부(2a)의 치수: 파장 λ/개구수 NA= 80nm 이상 140nm 이하: 24.8/0.80=W0:1
상기에서, (248/0.80)×W0=80nm 이상 140nm 이하이기 때문에, WO는 0.26 이상 0.45 이하가 된다.
또한, 개구부(2a)의 치수의 바람직한 범위(100nm 이상 120nm 이하)에 관해서도, 상기한 것과 같이, 파장 λ /개구수 NA를 1로 하여 계측한 치수 W1으로 환산하면, 그것의 치수 W1은 0.32 이상 0.39 이하가 된다.
이상에서, 각 파장 λ 및 각 개구수 NA에서, 그것의 파장 λ/개구수 NA를 1로 하여 계측한 경우에, 개구부(2a)의 치수가 O.26 이상 0.45 이하, 바람직하게는, 0.32 이상 0.39 이하이면, MEF를 작게 하는 것이 가능하게 된다.
이때, 광투과율(I2/I1)이 15% 미만에서는 도 19 중에 표시되는 곡선의 커브가 급격하게 되어, MEF가 커져 버린다. 또한, 광투과율(I2/I1)이 25%를 넘으면, 위상 쉬프트 마스크의 검사가 불가능하게 되어 버린다.
마스크 치수는 120nm로 일정하며, 상 치수를 일정하게 하기 위한 마스크의 패턴치수의 미세조정(소위, 광근접효과보정(OPC: optical proximity correction))은 행하고 있지 않다.
도 20a, 도 20b 및 도 20c로부터 알 수 있는 것과 같이, OPC를 행하고 있지 않기 때문에, 패턴 피치가 작은 밀집부에서는 상 치수가 커지고 있지만, 패턴 피치가 매우 큰 고립 패턴로부터 패턴 피치가 300nm까지의 범위에서는, MEF<1, DOF>O.45에서의 패턴의 형성이 가능해진다.
이때, 도 20a, 도 20b 및 도 20c에서의 광학조건으로서, 노광광의 파장은 248nm, 개구수 NA는 0.80, 조명은 크로스 폴 조명(도 13∼도 16보다는 약한 변형 조명으로 되어 있다)이다. 또한, 위상 쉬프트 마스크(5)의 투과율(I2/I1)은 20%이다.
더구나, 본 실시예의 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴형성방법에 따르면, 마스크의 패턴치수 및 슬라이스 레벨(노광량)을 조정함으로써, 매우 밀집된 홀 패턴을 형성하는 것이 능하다. 예를 들면, 본 발명자는, 0.1㎛ 룰의 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 스토리지노드 콘택의 패턴의 광학상에 관해 포커스를 변화시킨 경우의 변화를 조사하였다. 이때, 근접 홀의 중심간 거리는 200nm로 하였다.
그 결과, 베스트 포커스로부터 포커스가 ±0.3㎛ 어긋나더라도 양호한 광학상을 얻을 수 있었다. 이것으로부터, 본 실시예의 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴형성방법에 따르면, 매우 밀집한 패턴에 있어서도, >0.6㎛의 DOF를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
또한, 본 실시예의 위상 쉬프트 마스크에서는, 고립 패턴과 밀집 패턴이 혼재하고 있어도 된다.
도 21을 참조하여, 상기한 "고립 패턴", "밀집 패턴"이 의미하는 것을 설명한다. 도 21은, 본 발명의 일 실시예에 있어서의 위상 쉬프트 마스크에 있어서 고립 패턴과 밀집 패턴이 혼재하고 있는 모양을 나타낸 개략평면도이다. 도 21을 참조하여, 고립 패턴이란, 개구수 NA/파장 λ에서 계측한 경우에 있어서, 그것의 고립 패턴(2a)의 중심으로부터 반경 R1이 3의 거리에 다른 패턴이 존재하지 않고 있는 패턴을 가리킨다. 또한, 복수의 패턴으로 이루어진 밀집 패턴이란, 개구수 NA/파장 λ에서 계측한 경우에 있어서, 한 개의 패턴(2a)의 중심으로부터 반경 R2가 1의 거리에 다른 패턴(2a)이 존재하고 있는 패턴을 가리킨다.
이때, 상기에 있어서는, 패턴의 형성방법으로서 예를 들면 반도체장치의 제조방법에 관해 설명하였지만, 이 이외에 액정표시장치, 박막자기헤드 등의 전자 디바이스의 제조방법에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명을 상세히 설명하고 예시하였지만, 이것은 본 발명을 단지 예시하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아미며, 본 발명의 정신과 범위는 첨부의 특허청구범위에 의해서만 한정되는 것이 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 위상 쉬프트 마스크에 따르면, 개구부의 치수가, 노광광의 파장 λ/개구수 NA를 1로 한 계측에서 0.26 이상 0.45 이하이기 때문에, 개구부의 치수변동에 대한 포토레지스트에 형성된 패턴의 치수변동(MEF)을 작게 할 수 있다.
광투과율(I2/I1)이 15% 미만에서는, MEF가 커져 버린다. 또한, 광투과율(I2/I1)이 25%를 넘으면, 위상 쉬프트 마스크의 결함검사가 불가능하게 되어 버린다. 즉, 광투과율(I2/I1)을 15% 이상, 광투과율(I2/I1)이 25% 미만으로 하면, 마스크제조에서의 결함검사를 할 수 있어, 그 마스크에 의해 MEF가 작은 전사를 행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 위상 쉬프트 마스크의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 위상 쉬프트 마스크를 사용한 투영노광장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 통상 조명을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 변형 조명을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 크로스 폴 조명 조리개의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 6은 환형 띠 조명 조리개의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 7은 4중극 조명 조리개의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 위상 쉬프트 마스크를 사용하고, 또한 포토레지스트가 네가티브형인 경우의 패턴의 형성방법을 공정순으로 나타낸 개략단면도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 위상 쉬프트 마스크를 사용하고, 또한 포토레지스트가 포지티브형인 경우의 패턴의 형성방법을 공정순으로 나타낸 개략단면도이다.
도 13은 도 1에 나타낸 위상 쉬프트 마스크의 개구부를 고립 패턴으로 하고, 그 고립 패턴의 치수 W=280 nm인 경우에 결상계에 의해 형성되는 광학상을 나타낸 도면이다.
도 14는 도 1에 나타낸 위상 쉬프트 마스크의 개구부를 고립 패턴으로 하고, 그 고립 패턴의 치수 W=200 nm인 경우에 결상계에 의해 형성되는 광학상을 나타낸 도면이다.
도 15는 도 1에 나타낸 위상 쉬프트 마스크의 개구부를 고립 패턴으로 하고, 그 고립 패턴의 치수 W=120 nm인 경우에 결상계에 의해 형성되는 광학상을 나타낸 도면이다.
도 16은 도 1에 나타낸 위상 쉬프트 마스크의 개구부를 고립 패턴으로 하고, 그 고립 패턴의 치수 W=40 nm인 경우에 결상계에 의해 형성되는 광학상을 나타낸 도면이다.
도 17은 도 13∼도 16에서 사용되는 크로스 폴 조명 조리개의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 18은 도 1에 나타낸 위상 쉬프트 마스크에서 개구부의 치수 W(mask width)를 변화시켰을 때의 광학상 변화를 나타낸 도면이다.
도 19는 슬라이스 레벨에 의해 결정한 상의 치수(포토레지스트에 형성된 패턴의 치수: image CD)를 마스크에 형성된 개구부의 치수(mask width)의 함수로서 플로트한 도면이다.
도 20a, 도 20b 및 도 20c는 패턴 범용성을 중시한 광학조건하에서의 패턴 피치를 변화시켰을 때의 상 치수, MEF 및 초점심도(DOF: Depth of Focus)의 각각의 변화를 플로트한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 위상 쉬프트 마스크에 있어서 고립 패턴과 밀집 패턴이 혼재하고 있는 모양을 나타낸 개략평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 투명 기판 2: 하프톤 차광막
2a: 개구부 5: 위상 쉬프트 마스크
11: 광원 12: 반사경
13: 플라이아이 렌즈 13a: 플라이아이 구성렌즈
14a: 투과부 16a, 16b, 16c, 18: 집광렌즈
17: 반사경 19a, 19b: 투영렌즈
20: 웨이퍼 21: 반도체기판
22: 피에칭막 22a: 홀 패턴
23: 포토레지스트

Claims (3)

  1. 노광광을 투과하는 재질로 이루어진 기판과,
    상기 기판 상에 형성되고, 상기 기판의 일부 표면을 노출하는 개구부를 갖는 하프톤 차광막을 구비하고,
    상기 하프톤 차광막을 투과한 노광광의 위상이 상기 개구부를 투과한 노광광의 위상과 다르며,
    상기 개구부를 투과한 노광광의 광강도에 대한 상기 하프톤 차광막을 투과한 노광광의 광강도의 비에 의해 정의되는 광투과율이 15% 이상 25% 이하이고,
    상기 개구부의 치수가, 노광광의 파장 λ/개구수 NA를 1로 한 계측에서 0.26 이상 O.45 이하인 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크.
  2. 청구항 1에 기재된 상기 위상 쉬프트 마스크를 변형 조명에 의해 조명하는 것을 특징으로 하는, 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의 형성방법.
  3. 청구항 2에 기재된 패턴형성방법을 이용하여 홀 패턴 또는 도트 패턴을 갖는 전자 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스의 제조방법.
KR10-2003-0064765A 2003-02-18 2003-09-18 위상 쉬프트 마스크, 위상 쉬프트 마스크를 사용한 패턴의형성방법 및 전자 디바이스의 제조방법 KR100524349B1 (ko)

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