KR100562195B1 - 리소그래피용 마스크, 마스크 제조방법, 리소그래피장치및 디바이스제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반사마스크는 정반사에서의 파워의 양을 줄이기 위해서 흡수영역에 적용된 서브해상도 텍스처를 구비한다. 상기 텍스처는 위상콘트라스트 회절격자를 형성할 수 있거나 산광기일 수 있다. 동일한 기술이 리소그래피장치내의 여타의 흡수기에 적용될 수 있다.

Description

리소그래피용 마스크, 마스크 제조방법, 리소그래피장치 및 디바이스제조방법{MASK FOR USE IN LITHOGRAPHY, METHOD OF MAKING A MASK, LITHOGRAPHIC APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마스크가 사용될 수 있는 리소그래피투영장치를 도시한 도면;

도 2는 본 발명의 기능을 설명하는 데 사용되는 마스크패턴의 예시를 도시한 도면;

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마스크에 적용된 서브해상도패턴을 도시한 도면;

도 4는 도 3의 서브해상도패턴상에 겹쳐진 도 2의 마스크패턴을 도시하는 도면;

도 5는 제1실시예에 따른 마스크가 어떻게 기능하는 지를 설명하는 데 사용된 다이어그램;

도 6은 서브해상도패턴의 위상단차 및 듀티비의 함수로서, 정반사에서의 상대적인 파워(power)를 도시한 그래프;

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마스크를 제조하는 방법에서, 레지스트를 노광시키는 데 사용되는 제1 및 제2정상파패턴을 도시한 도면;

도 9는 도 7 및 도 8의 정상파패턴의 노광으로 생성된 결합된 이미지를 도시하는 도면;

도 10 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 마스크 제조방법의 단계를 예시한 도면; 및

도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 마스크가 어떻게 기능하는 지를 설명하는 데 사용되는 다이어그램이다.

본 발명은,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 소정패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 마스크를 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블; 및

- 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피투영장치에 관한 것이다.

마스크는 "패터닝수단(patterning means)"의 일례이며, 여기서 사용되는 상기 용어는 기판의 타겟부에 생성되어야 할 패턴에 대응하는, 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상반전(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상반전형 마스크와 같은 마스크형식뿐 아니라 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함된다. 방사선빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크상의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과마스크의 경우) 또는 반사(반사마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우, 상기 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이 될 것이며, 이것은 입사되는 투영빔 내의 소정위치에 마스크가 잡혀 있을 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크가 상기 빔에 대하여 이동될 수 있다.

예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(예를 들면, 1이상의 다이로 구성되는)에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 많은 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 인용된다.

리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피쳐의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이 와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.

설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기 및 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 듀얼스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용참조되고 있다.

묘화될 수 있는 피처의 크기를 축소하기 위해서, 노광방사선으로서, 예를 들어 9 내지 16㎚의 범위의 파장을 갖는 극자외(EUV)방사선을 이용하는 리소그래피장치가 개발되고 있다. 기존의 광조작기술은, 예를 들어 충분히 작게 축소될 수 없는 구조를 요구하기 때문에 이들 파장에서 대부분 적용할 수가 없다. 이러한 파장에서의 굴절광학요소를 제조하는 데 적절한 물질이 알려져 있지 않기 때문에, EUV 리소그래피장치는 반사광학시스템 및 반사마스크를 사용한다. 높은 반사율을 갖는 거의 수직인 EUV용 입사거울을 생성하려면, 기판상에 다층스택(multilayer stack)을 사용할 필요가 있으며, 상기 다층스택은 채용될 특정 파장에 맞춰진 뚜렷한 차이를 보이는(contrasting) 굴절률 및 층두께를 갖는 물질의 교번층을 포함한다. 마스크를 제조하거나 거울의 일부를 차단하기 위해서, 크롬(Cr)이나 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta) 또는 질화탄탈륨(TaN)등의 화합물과 같은 흡수재료의 층이 다층스택의 최상부에 선택적으로 제공된다. 마스크의 경우, 흡수층은 일반적으로 마스크의 전체를 덮도록 퇴적된 후, 마스크 패턴을 형성하기 위해서 포토리소그래피공정을 거쳐 에칭된다. 또한, e-빔라이터(e-beam writer)가 사용될 수도 있다. 통상적으로, 이러한 마스크의 밝은 영역은 입사방사선의 거의 65%를 반사하는 반면, 어두운 영역은 0.5% 미만을 반사시키므로, 높은 콘트라스트를 제공한다. 하지만, 어두운 영역이 여러번 중첩되어 노광되면, 기판에 의하여 수용된 누적 도즈는 바람직하지 않은 콘트라스트의 손실을 유발하기에 충분할 수 있다. 이는 캘리브레이션을 목적으로 한 소위 포커스 에너지 매트릭스(Focus-Energy Matrix; FEM)를 노광시키는 경우, 또는 레티클 마스킹 블레이드없이 조밀하게 패킹된 다수의 소형 다이를 노광시키는 경우에 생길 수 있다.

본 발명의 목적은 리소그래피장치에서 마스크의 어두운 부분에 의하여 일차로 반사되고 여타의 흡수층에 의하여 이차로 반사된 방사선에 의하여 생긴 콘트라 스트의 손실로 인한 문제를 회피하거나 해결하는 것이다.

상기 목적과 또 다른 목적은 서두에 서술된 본 발명에 따른 리소그래피장치용 반사마스크에 의하여 달성되며,

비교적 높은 반사율을 갖는 영역 및 비교적 낮은 반사율을 갖는 영역을 구비한 상기 마스크는 최소 프린팅 피처크기를 갖는 마스크패턴을 형성하며,

상기 낮은 반사율을 갖는 영역은 상기 낮은 반사율을 갖는 영역으로부터의 정반사가 감소되도록 상기 최소 프린팅 피처크기보다 작은 스케일의 텍스처(texture)를 갖는 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

낮은 반사율의 영역(어두운 영역)상에 텍스처를 제공하면, 이들 영역으로부터의 정반사는 어두운 영역이 평활한(smooth) 경우에 비하여 감소된다. 과거에는, (투영빔의 파장에서) 광학적으로 평활한 상부면을 제공하는 방법들에 의하여 마스크내의 흡수층이 퇴적되어, 마스크패턴을 형성하기 위한 다음의 에칭공정동안에 레지스트에 의하여 어두운 영역이 보호되었다. 그러므로, 어두운 영역이 평활하게 남아있다. 그러므로, 흡수되지 않은 입사하는 방사선의 대부분은 정반사로 지향되어 투영시스템에 들어가서 기판상에 지향된다. 본 발명에 따라 적용된 텍스처는 마스크패턴내의 최소피처크기보다 작은 스케일을 가지는 데, 이렇게 되면 광학 평활도(smoothness)가 손상되어 어두운 영역으로부터의 정반사가 감소된다. 하지만, 본 텍스처는 가시광의 파장과 비교하여 충분히 작은 스케일임에도, 어두운 영역이 육안으로도 여전히 평활하게 보일 것임을 유의해야 한다.

마스크는 프린팅피처, 즉 마스크가 리소그래피공정에서 사용될 때에 프린트 될 피처 및 프린트된 패턴에는 직접 나타나지 않으나 프린트된 피처의 형상 및/또는 위치에 영향을 주는 서브해상도 피처로도 칭하는 비프린팅피처(non-printing feature)를 가질 수도 있다는 것이 주지되어 있다. 이러한 피처는 세리프(serif), 스캐터링바 등등의 광근접보정요소를 포함한다. 본 발명의 텍스처는 프린팅피처보다는 작은 스케일을 가져야만 하나 비프린팅피처보다 작을 필요는 없다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 텍스처는 위상회절격자를 포함한다. 바람직하게, 상기 회절격자는 실질적으로 π 라디안의 상대적인 위상시프트를 발생시키는 돌출부 및 후퇴부를 포함하고, 이는 돌출부와 후퇴부간에 노광방사선의 1/4파장과 실질적으로 동일한 높이차를 제공하여 달성될 수 있다.

돌출부와 후퇴부는 정반사를 최대로 억제하기 위해서 비교적 낮은 반사율 영역의 전체 면적의 거의 50%를 각각 점유하는 것이 바람직하다.

이러한 위상회절격자의 피치는 제1차수(이상의) 회절된 빔이 투영시스템의 퓨필 외부에 있도록 선택되는 것이 바람직하다. 이 방식으로, 투영시스템에 들어가는 바람직하지 않은 광이 거의 0으로 감소될 수 있다. 따라서, 기판레벨에서 위상회절격자의 피치 p는 다음의 부등식을 만족하여야 한다.

여기서, λ는 노광방사선의 파장이고, NA, M 및 σ는 각각 투영시스템의 개구수, 배율, 및 퓨필충전비(pupil filling ratio)이다. 마스크가 제조될 때 사용 될 퓨필충전비이 공지되지 않은 경우, 제1차수는 투영시스템의 퓨필외부에 확실히 있게 하기 위해서 1로 가정될 수 있다.

회절격자의 정확한 형태는 마스크패턴에 좌우될 수 있다. 1차원 회절격자의 라인이 마스크패턴의 선형피처와 일렬로 있을 경우에 생길 수도 있는 바람직하지 않은 영향을 회피하기 위해서 회절격자는 2차원이다. 하지만, 선형피처가 없거나 단 하나의 방향으로만 또는 제한된 수나 범위의 방향으로 연장된 선형피처를 갖는 마스크패턴의 경우에, 마스크패턴의 라인을 교차시키는 1차원 회절격자구조가 채택될 수 있다.

본 발명의 대안적인 실시예에서, 어두운 영역은 반사된 방사선을 큰 입체각안으로 산광시키는 산광기(diffuser)로서 작용하게 된다. 이는 약간의 방사선을 투영시스템안으로 여전히 반사시킬 것이나, 방사선이 입체각안으로 보다 많이 산광될수록, 투영시스템에 들어가는 방사선의 양이 더욱 적어진다. 산광기로서 작용하기 위해서, 무작위 또는 의사-무작위(pseudo-random) 패턴이 흡수층에 적용될 수 있다. 이는 흡수층의 표면의 화학적 또는 기계적 거침면가공(roughening)에 의하여, 또는 퇴적처리의 적절한 조작에 의하여, 예를 들어 오염물의 도입에 의하여 달성될 수 있다. 추가의 스캐터링이 층내부의 전역에 생기도록 흡수층을 구축할 수 있다. 이러한 점에서는 비교적 두꺼운 두께의 층이 더욱 효과적이지만, 바람직하지 않은 디포커싱 영향을 유발시킨다. 하나의 해결책은 스캐터링을 증가시키는 다수의 내부경계를 얻기 위하여 흡수층을 과립형으로 만드는 것이다.

흡수층으로서 특히 효과적인 재료는 탄탈륨(Ta) 및 질화탄탈륨(TaN)이다.

또한 본 발명은,

- 적어도 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 투영빔의 단면에 패턴을 부여하기 위하여 패터닝수단을 사용하는 단계;

- 투영시스템을 사용하여 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법으로서,

상기 패터닝수단을 사용하는 단계는 상기 패턴을 형성하는 비교적 높은 반사율을 갖는 영역 및 비교적 낮은 반사율을 갖는 영역을 구비한 마스크를 위치설정하는 단계를 포함하며,

상기 낮은 반사율의 영역은 상기 투영시스템에 의하여 상기 기판상에서 분해가능한(resolvable) 상기 패턴내의 최소 프린팅피처보다 작은 스케일의 표면텍스처를 갖는 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2목적은,

- 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

- 소정패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피투영장치에서 달성되며,

상기 방사선시스템 또는 상기 투영시스템내에 포함된 광학요소 중 적어도 일 부에 흡수층이 마련되고,

상기 광학요소의 상기 흡수층에 상기 흡수층으로부터의 정반사가 감소되도록 상기 투영시스템에 의하여 분해가능한 최소 피처크기보다 작은 스케일의 텍스처가 제공되는 것을 특징으로 한다.

이 방식으로, 마스크에 적용되는 동일한 발명의 개념은 적어도 부분적으로 흡수하고 있는 여타의 광학요소로부터의 원치않는 반사를 줄이는 데 사용될 수 있다. 이러한 요소는 빔형상, 조명필드형상 또는 여타의 조명세팅, (레티클, 및 공간필터, 퓨필 또는 어퍼처조리개와 같은) 또 다른 광학요소의 영역을 마스킹하는 블레이드, 및 개구수를 정의하는 블레이드를 한정하도록 부분적으로 차단되는 방사선시스템내의 거울을 포함할 수 있다.

발명의 또 다른 실시형태에 따르면,

- 적어도 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

- 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

- 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법으로서,

흡수층으로부터의 정반사가 감소되도록, 광학요소의 흡수층에는 상기 투영시스템에 의하여 분해가능한 최소 피처크기보다 작은 스케일의 텍스처가 제공되어, 상기 광학요소상에 제공된 상기 흡수층내에 상기 투염빔의 일부를 흡수하는 단계를 특징으로 하는 디바이스제조방법이 제공된다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "레티클", "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.

본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚ 인)자외선 및 (극자외선, 예를 들어 파장이 5 내지 20㎚ 범위인)EUV를 포함한 모든 형태의 전자기방사선 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포괄하여 사용된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 단지 예시의 방식으로 본 발명의 실시예를 서술한다.

제1실시예

도 1은 본 발명의 특정한 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,

ㆍ방사선(예를 들어, EUV 방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL)(특별히 이 경우에 방사선시스템이 방사원(LA)도 포함한다);

ㆍ마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대 물테이블(마스크테이블)(MT);

ㆍ기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판 홀더가 마련된, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및

ㆍ기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 거울그룹)을 포함하여 이루어진다.

도시된 바와 같이, 상기 장치는 (반사마스크를 구비한) 반사형(reflective type)이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (투과마스크를 구비한) 투과형일 수도 있다.

방사원(LA)(예를 들어, 레이저생성 또는 방전플라즈마원)은 방사선의 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 그것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 그 밖의 다른 다양한 구성요소들을 포함한다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 입사하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.

도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(예를 들어, 방사원(LA)이 흔히 수은 램프인 경우에서처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적 절한 지향거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 엑시머레이저인 때에 흔한 경우이다. 본 발명과 청구범위는 이들 시나리오를 모두 포괄하고 있다.

이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)의 초점을 맞춘다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 단지 짧은 행정 액츄에이터에만 연결될 수 있고 고정될 수도 있다.

상술한 장치는 다음의 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 이후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.

2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 y 방향)으로 이동가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V=Mv로, 동일방향 또는 그 반대방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.

도 2에서 예시의 방식으로 도시된 바와 같이, 마스크(MA)는 복수의 반사영역(R) 및 흡수영역(A)으로 형성된 마스크패턴(MP)을 가진다. 이러한 마스크는 투영빔의 예상 입사각 및 파장에서의 반사에 대하여 최적화된 다층스택의 최상부에 제공된 흡수층을, 반사영역(R)에서 예를 들어 에칭으로 제거하여 형성될 수 있다. 흡수영역(A)은 흡수층에서 남겨진 곳이다.

본 발명의 제1실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 흡수층의 표면에는 돌출부(land)(11) 및 후퇴부(recess)(12)로 형성된 텍스처(10)가 바둑판식 패턴으로 제공된다. 돌출부(11) 및 후퇴부(12)는 기판레벨에서 투영시스템(PL)에 의하여 분해가능한 및/또는 마스크패턴에 나타나는 최소 피처크기보다 작은 피치를 가지며, 일반적으로는 2차원 위상회절격자를 형성하기 위해서 2차원 패턴내에 배치된다. 위상콘트라스트를 최대화하기 위해서, 돌출부(11)와 후퇴부(12)간의 높이차는 실질적으로 투영빔(PB)의 방사선의 파장의 1/4인 것이 바람직하다.

도 4는 마스크패턴(MP) 및 서브해상도 위상회절격자(10)의 조합의 결과를 도시한다. 반사영역(R)에서는 다층스택이 드러나 있는 한편, 흡수영역(A)에서는 흡수층의 표면상에서 서브해상도패턴(10)을 볼 수 있다. 적어도 하나의 1차원 위상콘트라스트 회절격자가 각각의 흡수영역(A)에서 보인다면, 서브해상도패턴(10)의 정확한 형상, 위치, 방위는 중요하지 않다는 것을 유의해야 한다. 텍스처 및 마스크패턴은 도 2, 도 3 및 도 4에서 축척대로 도시되어 있지 않는 것이 이해될 것이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 마스크가 어떻게 기능하는 지를 예시한다. (도 5에 도시된 각은 순전히 예시의 목적으로 선택된 것이며, 본 발명의 실제 실시예에서는 수직과 매우 근접한 각도로 투영빔이 입사될 것이다.) 투영빔(PB-I)은 조명시스템(IL)에 의하여 마스크(MA)상에 투영되고, 투영렌즈시스템(P-PL)의 퓨필에 들어가는 패터닝된 투영빔(PB-R)을 형성하도록 반사된다. 마스크패턴(MP)내의 흡수영역(A)상에 입사되는 투영빔(PB-R) 에너지의 대부분은 흡수된다. 하지만, 약간의 에너지는 반사된다. 흡수영역(A)의 상부면상에 제공되는 위상콘트라스트 회절격자(10)로 인하여, 흡수영역(A)에 의하여 반사된 방사선은 단순히 정반사된다기 보다는 회절된다. 돌출부(11) 및 후퇴부(12)의 전체면적비가 가능한 한 1에 근사하고, 돌출부로부터 반사된 방사선과 후퇴부로부터 반사된 방사선간의 상대적인 위상차가 π라디안이 되기만 하면, O^th차수 빔(정반사)이 억제되며, 실질적으로 모든 방사선이 1^st차수 회절빔(R_-1, R₊₁) 및 보다 높은 차수로 지향된다. 따라서, 흡수영역(A)으로부터 반사된 방사선은 패터닝된 투영빔(PB-R)으로부터 공간적으로 분리 된다. 위상콘트라스트 회절격자(10)의 피치를 적절히 선택하면, 1^st(및 그 보다 높은)차수 회절빔이 투영렌즈(P-PL)의 퓨필외부에 있어 기판상에 묘화되지 않게 보장할 수 있다. 그러므로, 기판의 어두운 영역에 전달된 도즈는 실질적으로 감소된다.

회절방정식으로부터, 1^st차수가 투영시스템의 퓨필외부에 있도록 하기 위해서, 서브해상도패턴(10)의 피치 p는 다음의 부등식을 만족하여야 한다는 것이 도출될 수 있다.

여기서, λ는 투영빔(PB)의 노광방사선의 파장이고, σ, NA 및 M은 각각 투영시스템(PL)의 퓨필충전비, 개구수 및 배율이다.

상술된 바와 같이, 흡수영역(A)으로부터의 정반사(specular reflection)를 전체적으로 억제하는 것이 바람직한데, 이는 돌출부(11)로부터 반사된 방사선과 후퇴부(12)로부터 반사된 방사선간의 위상차(Δφ)를 π라디안과 같게 하고, 또한 돌출부 대 후퇴부의 전체면적비가 1이 되도록 배치함으로써 얻어진다. 또한, 후자의 조건은 0.5의 듀티비(DR)를 갖는 위상콘트라스트 회절격자로 표현될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 위상차(Δφ) 및 듀티비(DR)가 이상적인 값에서 실질적으로 벗어날 지라도, 정반사내에 포함된 파워내에서 실질적이고 바람직한 감소가 달성될 수 있다. 도 6은 위상회절격자(10)의 위상차(Δφ)와 듀티비(DR)의 함수로 서, 정반사내에 포함되는 흡수영역(A)에 의하여 반사된 전체파워의 비율(S)을 도시한다. π의 이상적인 위상단차의 ±π/5내의 비교적 큰 위상오차로 인하여 O^th차수의 90%의 감쇠를 초래한다는 것을 알 수 있다. 이러한 위상오차는 λ=13.5㎚인 경우, 3.4㎚의 단차의 0.7㎚깊이오차와 동일하다. 따라서, 본 발명은 위상콘트라스트 회절격자(10)의 제조에 있어서 비교적 높은 허용공차를 가지더라도, 실질적인 장점을 제공할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 적절한 위상콘트라스트 회절격자(10)는 마스크패턴(MP)을 형성하도록 선택적으로 제거되기 전에, 흡수층의 최상면내의 바둑판식 패턴을 에칭함으로써 비교적 간단하게 형성될 수 있다. 이렇게 하기 위하여는 먼저, 적절한 패턴이 있는 흡수층의 최상부에 제공된 레지스트층을 노광시킬 필요가 있다. 서로 경사진 2개의 가간섭성빔을 이용하여 레지스트를 조사함으로써 선형 회절격자를 형성하도록 레지스트를 노광하여 상기 두 빔간의 가간섭이 레지스트에 정상파패턴을 형성하도록 하는 것이 공지되어 있다. 도 7은 이러한 정상파패턴의 세기분포를 도시한다. 이 패턴의 피치는 노광에 사용되는 방사선의 파장 및 두 빔의 경사각에 의하여 결정된다. 본 발명에 따르면, 레지스트는 도 7에 도시된 전체 노광을 주는 제1정상파패턴에 90°로 방위가 잡혀진, 도 8에 도시된 제2정상파패턴으로도 노광된다. 2개의 정상파패턴간의 각도는 90°보다 작을 수 있으며, 이로 인하여 직교방향으로 상이한 피치를 갖는 회절격자가 생성될 것이다. 이는 피치의 층이 충분이 작다면 수용가능하다. 완전한(complete) 노광은 4개의 빔을 이용하여 한 단계로 실현되거나 2개의 빔을 이용하여 두 단계에 걸쳐 수행될 수 있으며, 단계들 사이에는 빔과 마스크간의 상대적인 회전을 이용한다.

도 10 내지 도 13은 완전한 공정을 도시한다. 도 10에 도시된 초기 마스크블랭크(MB)는 기판(20), 투영방사선의 파장에서 반사율에 대하여 최적화된 다층스택(21) 및 마스크블랭크(MB)의 전체 상부면을 덮는 흡수층(22)을 포함한다. 이것은 상술된 바와 같이 정상파패턴에 수직으로 노광된 레지스트(도시되지 않음)로 초기에 코팅된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 노광된 레지스트는 바둑판식 패턴을 형성하기 위해서 현상되고, 흡수층(22)의 노광영역은 표면패턴(23)을 형성하도록 투영빔방사선의 파장의 1/4과 같은 깊이까지 에칭된다.

마스크패턴(MP)을 생성하기 위해서, 흡수층은 예를 들어, 투영리소그래피나 e-빔 다이렉트 라이터(e-beam direct writer)를 이용하여 마스크패턴을 형성하도록 노광되는 레지스트로 다시 덮여진다. 레지스트는 현상되고, 흡수층(22)은 마스크패턴(MP)의 반사영역을 형성하기 위해서 충분히 제거된다. 따라서, 도 13에 도시된 마스크(MA)는 다층스택(21)이 노광된 영역 및 흡수층(22)에 의하여 덮인 영역을 가지며, 그 상부면내의 서브해상도패턴(23)을 보유하고 있다.

표면패턴이 여타의 공정에 의하여 형성될 수 있고, 마스크패턴과 동시에 형성되거나 마스크블랭크상에 미리 형성될 수 있음은 물론이다. 표면패턴을 형성하기 위한 여타의 공정은 (예를 들어, 리소그래피장치, e-빔 다이렉트 라이터, 이온빔 다이렉트 라이터를 이용하거나 X-레이 콘택트 또는 근접프린팅에 의하여) 적절한 패턴을 가지고 레지스트를 노광한 다음, 레지스트를 현상하고, 밑에 있는 흡수 층을 에칭하는 것을 포함한다. 또한, 표면패턴은 엠보싱 또는 이온빔 에칭과 같은 기술에 의하여 흡수층내에 직접 형성될 수 있다.

제2실시예

하기에 서술된 것을 제외하고는 제1실시예와 동일한 본 발명의 제2실시예에서, 흡수층에 적용된 텍스처는 위상콘트라스트 회절격자보다는 산광기(diffuser)를 형성한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 마스크의 기능은 도 14에 도시되어 있다.

제1실시예에서와 마찬가지로, 입사투영빔이 패터닝되고 마스크(MA)상에 제공된 마스크패턴(MP)에 의하여 반사되며, 패터닝되고 반사된 빔(PB-R)은 투영시스템의 퓨필(P-PL)에 의하여 캡처된다. 어두운 영역으로부터 반사된 방사선은, 마스크패턴의 흡수영역내의 텍스처(30)에 의하여 형성되는 산광기의 작용에 의하여, 투영시스템(PL)의 개구수에 비하여 큰 입체각을 갖는 콘(R-D)안으로 산광된다. 따라서, 본 발명의 상기 실시예에서는 패턴의 어두운 영역에서부터 반사된 소정의 광이 투영시스템(PL)에 들어는 가지만, 이렇게 함으로써 입체각안으로 가능한 한 많은 광이 산광되게 하는 입체각을 배치함으로써 실질적으로 그 비율이 감소될 수 있다.

산광기로서 작용하기 위해서, 텍스처에 무작위 또는 의사무작위 흡수층의 텍스처가 주어질 수 있다. 이는 리소그래피공정이나, 마스크패턴(MP)이 형성되기 전에 흡수층의 표면의 화학적 또는 기계적인 거침면가공에 의하여 달성될 수 있다. 또한, 흡수층 생성의 적절한 처리, 예를 들어 퇴적에 의하여 요구되는 거칠기를 제공할 수 있다. 흡수층은 표면뿐만 아니라 내부에서도 스캐터링을 유발시키도록 디자인 될 수 있다. 이는 흡수층의 내부안에 다수의 광학 경계부를 도입함으로써, 즉 가능하다면 흡수층을 과립형(granular)으로 만들어 굴절률에 변화를 유도함으로써 달성될 수 있다.

흡수층이 퇴적에 의하여 형성되는 경우, 거칠기는 퇴적공정의 압력과 온도 뿐 아니라 증발이나 스퍼터링속도와 같은 파라미터의 조작에 의하여, 또는 오염물의 도입에 의하여 달성될 수 있다.

바람직한 결과를 얻기 위한 거칠기의 적정도는 다음의 방정식으로부터 결정될 수 있다.

여기서, F는 정반사되기 보다는 난반사(diffusely reflected)되는 입사방사선의 비율이며, λ는 방사선의 파장이고, σ는 rms 표면거칠기이다. 13.5㎚의 방사선의 경우, 1㎚의 rms 표면거칠기는 57%의 난반사를 주는 반면, 2㎚의 rms 표면거칠기는 97%의 플레어(flare)를 준다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 서술하였지만, 본 발명은 서술된 바와 다르게 실시될 수도 있다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

본 발명에 따르면 마스크의 어두운 부분에 의하여 일차로 반사되고 여타의 흡수층에 의하여 이차로 반사된 방사선에 의하여 생긴 콘트라스트의 손실을 방지하는 리소그래피투영장치가 제공된다.

Claims (17)

1. 삭제
2. 최소 프린팅 피처크기를 갖는 마스크패턴을 형성하는(defining) 65% 보다 높은 반사율의 영역 및 0.5% 보다 낮은 반사율의 영역을 구비한 리소그래피장치용 반사마스크에 있어서,

   상기 낮은 반사율의 영역은, 상기 낮은 반사율의 영역으로부터의 정반사가 감소되도록 상기 최소 프린팅 피처크기보다 작은 스케일의 텍스처(texture)를 갖는 층을 포함하며,

   상기 텍스처는 위상회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
3. 제2항에 있어서,

   상기 회절격자는 돌출부 및 후퇴부를 포함하고, 상기 돌출부로부터 반사된 노광방사선과 상기 후퇴부로부터 반사된 노광방사선간에 실질적으로 π 라디안의 위상시프트가 있도록 하는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
4. 제3항에 있어서,

   상기 돌출부의 전체면적 대 상기 후퇴부의 전체면적비는 2/3 내지 3/2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 위상회절격자는 제1차수 회절빔이 리소그래피장치의 투영시스템의 퓨필외부에 있도록 하는 피치를 갖는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제2항에 있어서,

    상기 텍스처는 큰 입체각안으로 반사된 빔을 산광시키는 산광기(diffuser)를 형성하고,

    상기 텍스처는 내부에 복수의 경계부로 구성되며,

    상기 층은 과립형 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
11. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 층은 탄탈륨(Ta) 및/또는 질화탄탈륨(TaN)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
12. 제10항에 있어서,

    상기 텍스처는 1㎚이상의 rms 거칠기를 갖는 것을 특징으로 하는 반사마스크.
13. 삭제
14. - 전체적으로 또는 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

    - 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

    - 투영빔의 단면에 패턴을 부여하기 위하여 패터닝수단을 사용하는 단계;

    - 투영시스템을 사용하여 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법에 있어서,

    상기 패터닝수단을 사용하는 단계는, 상기 패턴을 형성하는 0.5% 보다 낮은 반사율을 갖는 영역 및 65% 보다 높은 반사율을 갖는 영역을 구비한 마스크를 위치설정하는 단계를 포함하며,

    상기 낮은 반사율의 영역은 상기 투영시스템에 의하여 상기 기판상에서 분해가능한 상기 패턴내의 최소 프린팅피처보다 작은 스케일의 표면텍스처를 갖는 층을 포함하며,

    상기 텍스처는 돌출부 및 후퇴부를 포함하는 위상회절격자를 포함하며, 상기 돌출부로부터 반사된 투영빔의 방사선과 상기 후퇴부로부터 반사된 투영빔의 방사사선간에 실질적으로 π 라디안의 위상시프트가 있게 하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 위상회절격자는 다음의 부등식을 만족하는 피치 p를 가지며,

    

    여기서, λ는 투영빔의 방사선의 파장이고, σ, NA 및 M은 각각 상기 투영시스템의 퓨필충전비, 개구수 및 배율인 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
16. - 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;

    - 소정패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

    - 기판을 잡아주는 기판테이블;

    - 기판의 타겟부상에 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피투영장치에 있어서,

    상기 방사선시스템 또는 상기 투영시스템내에 포함된 광학요소 중 전부 또는 일부에 흡수층이 마련되고,

    상기 광학요소의 상기 흡수층에는, 상기 흡수층으로부터의 정반사가 감소되도록 상기 투영시스템에 의하여 분해가능한 최소 피처크기보다 작은 스케일의 텍스처가 제공되며,

    상기 텍스처는 위상회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피투영장치.
17. - 전체적 또는 부분적으로는 방사선감응재층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;

    - 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

    - 패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

    - 투영시스템을 사용하여 방사선감응재층의 타겟부상에 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스제조방법에 있어서,

    흡수층으로부터의 정반사가 감소되도록 상기 투영시스템에 의하여 분해가능한 최소 피처크기보다 작은 스케일의 텍스처가 상기 광학요소의 상기 흡수층에 제공되어, 상기 광학요소상에 제공된 상기 흡수층내에 상기 투염빔의 일부를 흡수하는 단계를 포함하며,

    상기 텍스처는 위상회절격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.

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