KR100564171B1

KR100564171B1 - 포토리소그래피 마스크 및 프로젝션 장치에서의 웨이퍼노출 방법

Info

Publication number: KR100564171B1
Application number: KR1020037006489A
Authority: KR
Inventors: 그리에신게르우베; 헤니그마리오; 크노블로치쥬르겐; 포르라이네르; 포르베르크마뉴엘
Original assignee: 인피네온 테크놀로지스 아게
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2006-03-27
Also published as: JP3943020B2; US20040038135A1; JP2004514171A; WO2002041076A2; US6838216B2; TW574602B; EP1334406A2; WO2002041076A3; KR20040005859A

Abstract

마스크 상에서, 보조 개구부(2)가 개구부(1)에 할당되어서 웨이퍼에 전사된다. 이들 보조 개구부(2)는, 상기 보조 개구부(2) 자체는 웨이퍼 상에 인쇄되지 않도록, 개구부(1)에 대해서 바람직하게는 160°와 200°사이의 위상 변화 특성 및 프로젝션 장치의 인쇄 동작을 위해 한계 치수(31)이하의 단면(21)을 가진다. 그러나 동시에, 이들은 공중 이미지의 콘트라스트를 강화시키고, 상세하게는 웨이퍼상의 관련된, 절연성 또는 반 절연성 개구부(1)의 콘트라스트를 강화시킨다.

일 실시예에서, 프로젝션 장치의 해상도 한계 이상이지만, 보조 개구부(2)는 프로젝션에 사용되는 광의 코히어런스 거리 미만만큼 개구부(1)로부터 거리를 두고 있다. 보조 개구부(2)가 우선적(preferential) 방향으로 설정되어 있어서, 마스크 상의 정사각형 개구부(1)상에 웨이퍼 상의 타원 구조(1')를 생성하기 위해 사용될 때, 그 효과는 광 근접 효과의 위상 관련 사용으로 이루어진다. 이로써, 상세하게는 웨이퍼상의 기판 접촉 형성 평면의 프로젝션용 프로세스 윈도우를 상당히 확대시킨다.

Description

포토리소그래피 마스크 및 프로젝션 장치에서의 웨이퍼 노출 방법{PHOTOLITHOGRAPHIC MASK}

본 발명은 포토리소그래피 마스크에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 고도로 집적된 반도체 소자를 생성하기 위해 반도체 기판에 방사선-감응형 레지스트 층을 구성하는 포토리소그래피 마스크에 관한 것이다.

광학 광 - 통상적으로 자외선 길이 범위 내에 있음 - 을 사용해서 동작하는 프로젝션 장치는, 공지된 바와 같이 반도체 제품의 생산시에 웨이퍼 스테퍼 또는 스캐너로서 널리 사용된다. 방사선 투과성 또는 비 투과성 영역에 의해, 전형적으로, 석영판 상에 마스크로써 형성되는 정의된 구조는 코히어런트 단색성 광으로 투조되고 렌즈 시스템을 통해 감광성 레지스트로 코팅된 웨이퍼상에 이미지를 형성시킨다.

일반적으로, 웨이퍼 상에 층 또는 레벨을 점진적으로 구축하기 위해, 구조화된(structured) 석영 플레이트에 의해 제공되는 마스크 세트가 사용된다. 웨이퍼 상에 집적 회로를 생성하는 데 있어서, 각 평면의 구조 크기에 대한 요건은 종종 광학 프로젝션의 물리적인 해상도 한계와 충돌한다. 하나의 전형적인 실시예가 메모리 제품(DRAM)을 생산하기 위한 특정 평면이다. 이미지의 해상도의 경우,

(1) b_min=k₁*λ/NA

이다.

여기서, b_min는 최소 구조 라인 폭이고, λ는 단색광의 파장이고, NA는 사상 렌즈 시스템의 개구수이다. 계수 k₁는 우선 공지된 바와 같은, 경사광(oblique-light) 조명, 위상 변이 구조 또는 OPC 구조(optical proximity correction)와 같은 광의 회절 특성을 사용하는 기술을 포함하고, 두번째로, 이들 요소는 수차(코마, 색수차)를 발생시키는 렌즈 결함과 같은 문제를 고려한다.

실질적으로 레지스트 구조의 생성 이후에 생성되는 마스크 상의 최소 구조 라인의 폭은 몇가지 이유로, 식(1)에서 나온 값보다 더 크게 산정된다. 우선 레지스트 층은 이미지가 용이하게 도말(smear)되도록 유한 두께를 가지고 있다. 또한, 레지스트 층을 현상하는 동안 레지스트가 측방향으로 제거되도록 현상액이 등방성으로(isotropically) 작용한다. 따라서, 반도체 기판 상에 레지스트 층 구조를 생성하는데 필요한 마스크 상의 최소 구조 라인 폭은 다수의 파라미터에 좌우되고, 각각의 구조 공정마다 개별적으로 결정된다.

마스크의 충실도(fidelity)를 저하시키는데 다양한 영향이 기여할 수 있다. 우선, 레지스트 제거 경도의 측정값인, 유한 레지스트 콘트라스트 λ(contrast)로 인해서 본래의 각을 이루는 마스크 구조가 원형으로 된다. 더욱이, 마스크의 레지스트 층 및/또는 구조화 되기전의 기판 표면의 구조 소자에서 발생하는 코히어런스 효과, 회절 효과 및 산란 광으로 인해서 레지스트 층 영역의 유효 노출 선량이 균일하지 않게 된다.

도 1은 예컨대 글라스로 이루어진, 방사선 투과성 기판(51) 및 예컨대 크롬으로 이루어진, 방사선 불투과성 층(52)을 구비하는, 종래의 리소그래피 마스크상에서의 상기 설명한 문제를 나타내고 있다. 이 경우에, 방사선 불투과성 층(52)의 개구부(1)는 적절한 마스킹 단계에서 웨이퍼상의 포토레지스트 층으로 전사될 구조에 대응한다. 노출시에, 방사선 - 예컨대 자외선 광 - 은 방사선 불투과성 층(52)내의 개구부(1)를 통과하며, 코히어런스 효과로 인해서, 웨이퍼상의 포토레지스트 층내에, 도시된 바와 같이, 전계(E)가 분포되도록 한다.

코히어런스 효과로 인해서, 마스크 상의 실제 다크(dark) 영역인 개구부(1)와 개구부(4)간에 포토레지스트 층의 원치 않는 노출이 발생한다. 노출 세기가 필드 세기의 제곱에 비례하기 때문에, 도 1에 도시된 필드 세기 분포는 포토레지스트 층의 세기 분포(I)에 대응한다.

이러한 어려움을 해결하고, 구조 해상도를 향상시키기 위해, 상기 설명된 "다크 필드 마스크" 대신에 "교호 위상 마스크(alternating phase mask)"의 사용이 점차 증가하고 있다. 이 경우에, 방사선 불투과성 층(52)내의 각각의 제 2 개구부(4)는, 예를 들어, 글라스 기판(51)의 에칭에 의해 위상이 변동되고, 그에 따라 인접 개구부(1)와 개구부(4)간에 위상차가 달성된다. 일반적으로, 위상차로서 180°가 설정된다. 이러한 기술을 적용시킴으로써, 주기성이 높은 격자형 구조의 경우에, 구조 해상도가 종래의 기술에 비해서 2배까지 증가될 수 있다.

도 2에는 그 결과를 나타내는 상태가 도시된다. 인접 개구부들(1)간의 180°의 위상차로 인해서, 좌측의 개구부(1)를 통과하는 방사선과 우측의 개구부(4)를 통과한 방사선간에 파괴성 코히어런스가 존재하게 된다. 따라서, 포토레지스트 층의 전계 분포(E)는 두개의 개구부(1,4) 사이에 0점(zero point)을 가지며, 그에 따라 두개의 개구부(1) 사이에 뚜렷하게 낮은 세기(I)가 존재하게 된다. 이러한 방법에서는, 노출의 콘트라스트가 크게 증가한다.

그러나, 이러한 긍정적인 결과는 두 대향하는 측면상에, 위상차가 있는 개구부를 구비한 방사선 불투과성 구조에만 나타난다. 그러나, 개구부에 의해 형성된 패턴이 포토레지스트 층으로 사상되거나 전사되는 구조에 대응하기 때문에, 하나의 인접 개구부 또는 완전 절연성 개구부를 가진 개구부가 나타나는 상황이 발생할 수 있다. 이 경우에, 반 절연성 또는 완전 절연성 개구부가 레지스트 층에 완전하게 사상되지 않을 수 있다. 지금까지는, 적어도 최적의 리소그래피 상태(최적의 포커스, 공칭 노출(nominal exposure))하에서 대응하는 개구부를 확대해서 포토레지스트 층으로의 전사를 보장하기 위한 시도가 행해졌다. 그러나, 리소그래피 프로세스 윈도우가 너무 작아서 대응하는 구조가 제조 프로세스중에 종종 부품의 결함을 유발시킨다. 따라서, 이러한 기술은 실제로 거의 사용되지 않으며, 레이아웃이 중요한 구조에서는 금지되지만 교호 위상 마스크를 사용할 때는 상당한 제한을 초래한다.

따라서, 본 발명은 상기 설명한 문제를 감소시키거나, 완전히 방지하며, 특히 높은 해상도로 포토레지스트 층에 절연성 구조를 전사할 수 있는 포토리소그래피 마스크를 제공하는 목적에 기초하고 있다.

상기 목적은, 독립 청구항 1에 따른 본 발명의 포토리소그래피 마스크에 의해 달성된다. 더욱 유익한 실시예, 세부사항 및 본 발명의 측면은 종속 청구항, 상세한 설명 및 첨부된 도면에 나타난다.

본 발명에 따르면, 반도체 기판상의 방사선 감응형 레지스트 층을 노출시키기 위한 포토리소그래피 마스크가 제공되며, 상기 마스크는,

a) 투과성 캐리어 물질 상에 적어도 하나의 방사선 불투과성 층을 구비하고 있고,

b) 적어도 하나의 개구부 - 상기 적어도 하나의 개구부는 적어도 하나의 개구부에 의해 형성된 패턴이, 노출동안에 레지스트 층에 전사되는 방식으로 형성됨 - 가 방사선 불투과성 층에 마련되고,

c) 적어도 하나의 보조 개구부가 방사선 불투과성 층에 마련되고,

- 상기 적어도 하나의 보조 개구부는, 적어도 하나의 보조 개구부에 의해 형성된 패턴이 노출동안에 레지스트 층에 전사되지 않는 방식으로 형성되고,

- 상기 방사선이 상기 적어도 하나의 보조 개구부를 통과함에 따라서, 인접 개구부 또는 인접한 보조 개구부를 통과하는 방사선에 대하여 위상차가 발생되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 포토리소그래피 마스크는 구조를 결정하는 원래의 개구부에 부가적으로 보조 개구부를 적용시킨다. 개구부와 보조 개구부간에 본 발명에 따른 연계성이 있는 경우에, 이하에서는 개구부를 머더 구조라 할 것이다. 이 경우 보조 개구부의 위상 변동은 인접 개구부에 정합된다. 본 출원의 설명에서는, 두개의 개구부를 통과하는 방사선이 실질적으로 코히어런스 효과를 일으킬 때, 두개의 개구부가 인접한다고 할 것이다. 보조 개구부를 사용해서, 공중 이미지 콘트라스트(aerial image contrast)가, 특히 이미지 평면 밖에서 크게 개선될 수 있으며, 그에 따라 크게 강화된 포커스의 깊이가 보장된다. 보조 개구부가 포토레지스트에 사상되지 않는 방식으로 형성되기 때문에, 보조 개구부를 SPAS(sub-resolution phase assist structure)라 한다.

이들 보조 개구부를 사용함으로써 특히 절연성 또는 반 절연성 구조인 경우에, 프로세스 윈도우가 상당히 커지게 되고, 또한 밀접하게 패킹(packing)된 구조와 관련된 라인 폭의 차이가 감소된다. 또한 이중 노출 - 종래의 기술 - 대신에, 단일 노출로 회로 전형 레이아웃(circuit-typical layout)의 노출이 가능하게 되고, 그에 따라 생산성이 두배로 좋아진다. 개구부는 사각 형상인 경우도 있으며, 이 개구부는 일반적으로 폭보다 길이가 훨씬 길다. 이 경우에, 보조 개구부는 원래 개구부에 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 따르면, 보조 개구부의 폭은 0.3λ/NA미만이 되도록 선택된다. 이 경우에, λ는 노출이 수행되는 파장을 나타내고, NA는 개구수를 나타낸다.

또한, 반 절연성 개구부와 관련하여 적어도 하나의 보조 개구부가 제공되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 설명에서, 개구부가 한쪽 방향으로만 인접 개구부를 가지고 있는 경우, 반-절연성이라 한다. 따라서 반 절연성 개구부의 경우에, 적어도 하나의 보조 개구부가 제공되어, 반대 방향으로 "누락된(missing)" 인접 개구부를 대신한다.

또한, 절연성 개구부와 관련하여 적어도 두개의 보조 개구부가 제공되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 설명에서, 개구부가 어떤 인접 개구부도 가지고 있지 않은 경우에는 그 개구부를 절연성이라 한다. 따라서 절연성 개구부의 경우에 적어도 두개의 인접 개구부가 제공되어, "누락"된 인접 개구부를 대신한다.

바람직한 실시예에 따르면, 방사선이 인접 개구부를 통과함에 따라서, 각각의 경우에 서로간에 180°의 위상차가 생성된다. 더욱이, 방사선이 보조 개구부, 그의 인접 개구부 및 그의 인접하는 보조 개구부를 통과함에 따라서, 180°의 위상차가 발생된다.

또한, 개구부 및/또는 보조 개구부는 격자형 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 보조 개구부는 격자 간격의 약 0.3 내지 0.7 배가 되는 거리만큼 인접 개구부 또는 보조 개구부로부터 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 개구부는 사각 구조를 가지고 있고, 반면에 적어도 하나의 보조 개구부는

- 반도체 기판상에 구조를 형성하는데 필요한 마스크상의 최소 구조 크기를 나타내는, 한정된 치수 미만의 폭을 가진 단면을 가지며,

- 각각의 경우에 적어도 하나의 개구부로부터,

a) 웨이퍼 크기에 기초해서, 노출을 위해 사용되는 프로젝션 장치의 해상도 한계보다 더 크고,

b) 프로젝션 장치에서 사용되는 광의 코히어런스 거리보다 더 작은,
거리를 두고 배열되며,

- 방사선이 통과함에 따라서, 인접 개구부를 지나는 방사선에 대해 위상차가 발생되는 것을 특징으로 한다.

상기 설명한 임계 평면에서의 높은 요건을 피하기 위해, 평면들간의 위치 정밀도를 나타내는 오버레이의 디스트레싱(destressing)이 바람직하고, 반도체 기판 또는 웨이퍼 상에서 가능한 한 최소 구조 폭에 대한 요건이 높지 않은 좌표 방향으로 구조를 확장시키기 위한 시도가 행해졌다. 이는 정확하게 좌표 방향으로, 우선 기판상의 인접 구조까지의 거리가 충분히 크고, 다음으로 회로의 기능이 손상되지 않을 때 적용되는 것이 일반적이다.

개시부에서 설명된 메모리 제품의 경우, 기판 접합-형성 평면이 본 명세서에서 예시적으로 설명될 수 있다. 이 경우에, 종래의 마스크 상의 정사각 형상 접촉 홀은 사각형상의 개구부로 설계되는데, 사각형 모두의 길이방향 축은 동일한 좌표 방향을 가진다. 대응하는 방법으로, 유사한 길이방향 확장부를 가진 타원이 웨이퍼 상에 형성될 것이다.

이 경우에, 종래에는, 마스크상에 존재하는 길이 대 폭의 비가 동일한 방식으로 웨이퍼 상에 전사되지 않는다는 문제가 발생하였다. 대신에, 사상된 구조는 길이 대 폭 비를 1에 근접하게 유지하려는 경향이 있다. 상세하게는, 매우 작은 계수 k₁를 가진, 즉, 개선된 리소그래피 기술을 집중적으로 사용하는 시스템의 경우에, - 웨이퍼 상에서 전체적으로 타원형인 구조를 획득하기 위해서 - 길이 대 폭의 비가 1.5보다 높은 사각형이 마스크상에 구축되어야 한다.

따라서, 이러한 기술의 사용은 비교적 긴 간격, 예컨대 비임계적 좌표 방향의 접촉부를 가진 마스크 평면 레이아웃으로 제한된다. 이러한 문제를 회피하는 한가지 대안은 반도체 기판의 이중 노출시에 소망의 좌표 방향으로 마스크의 작은 오프셋을 사용함으로써 반도체 기판상에 확대된 길이방향 축을 가진 개구부를 생성하는 것이다. 그러나, 이 경우에 오프셋이 정확하게 조정되어야 하고, 이는 많은 노력이 필요하며 또한 수반되는 모든 평면에 대한 사상 처리의 생산성이 실질적으로 반감되는 단점이 발생된다.

해상도 한계는 그 해상도 한계의 크기를 되참조함으로써 발생하는 프로젝션이후의 웨이퍼로부터 마스크까지의 치수를 나타낸다. 예컨대 웨이퍼의 해상도 한계가 140nm라면, 5:1 프로젝션의 경우에, 그 결과값은 마스크에 대해 700nm의 대응값을 가진다. 그러나 특정의 실시예에 있어서, 이하에서 사용되는 크기에 대한 설명은 웨이퍼 레벨에 관련되며, 따라서 본 발명에 따른 마스크에 대해, 웨이퍼 유형에 따라 대응하는 감소 계수, 예컨대, 4 또는 5가 승산되어야 한다.

보조 개구부가 해상도 한계에 근접한 치수를 가지는 특성의 결과로서, 상기 개구부가 매우 낮은 콘트라스트를 가진 공간 이미지로서 기판 또는 웨이퍼 상에 사상되고, 본 명세서에서 마더 구조로써 간주되는 사각 구조의 콘트라스트를 강화하더라도, 낮은 이미지 콘트라스트 때문에, 그 자체가 레지스트의 구조로써 사상되지 못한다. 이 경우에, 특히, 구조 형성(이하 설명됨)을 나타내는 한계 치수는 웨이퍼 상의 구조에 대한 프로젝션 장치의 해상도 한계보다 더 크지만, 이 한계에 매우 가까울 수 있다. 보조 개구부를 통과하는 위상 시프트된 광의 부분적인 흡수로 부터 결과하는 감속된 세기 및 웨이퍼 상의 레지스트 변경된 니스 감도(varnish sensitivity)는, 특히 웨이퍼 상의 인쇄를 위한 한계치수의 정확한 값을 결정한다.

따라서, 위상 시프트된 광의 세기 기여는 마더 구조의 형성과 관련되어서 중요하지만, 예를 들어, 웨이퍼 상의 보조 개구부의 임의의 직접적인 사상에 대해서는 충분하지 않다.

인쇄를 위한 한계 치수, 예컨대 고정된 노출 세기를 가진 웨이퍼상의 층 두께 또는 화학적 조성 등은 사용될 프로젝션 장치 및 노출된 니스층에 대해 직접 결정된다.

사상될 개구부로부터 보조 개구부까지의 거리가 광의 코히어런스 범위내에 있기 때문에, 개구부의 사상은 바람직한 영향을 받는다. 그러나 본 발명에 의해 주어진 최소 거리로 인해, 예컨대 동일 위상 광 영역, 즉 투과성 또는 반 투과성 영역에 의한 광 근접 효과의 경우에서 처럼, 프로젝션 시스템의 해상도 한계에 따른 이러한 영향이 보조 개구부의 위치 방향으로 개구부 영역의 직접적인 확장을 이끌지는 않는다.

보조 개구부를 통과함에 따른 광 위상의 시프트와, 그에 의한 근접 효과로 인해, - 시뮬레이션 및 실험에 의해 알게된 바와 같이 - 공중 이미지의 형상 및 생성된 니스 구조의 형상이 유익한 영향을 받을 수 있다. 따라서 본 발명에 의해, 보조 개구부 자체가 사상되는 것이 아니라, 정확하게 상보형 좌표 방향으로 구조 영역의 소망의 확장이 발생하거나, 사상될 개구부의 박형화가 머더 구조 보조 개구 좌표 방향으로 발생하는 정도까지 상보형 좌표 방향으로 사상될 프로젝션에 영향을 주는 방식으로 보조 개구부가 사상될 개구부에 할당될 수 있다.

본 발명은 마스크상의 원래 사각인 구조로부터 웨이퍼 상에 타원형의 구조를 생성할 때 특히 바람직하다. 지원을 위한 위상 보조 개구부에 의해 야기되는 바람직한 근접 효과의 이용에 의해, 머더 구조 보조 개구부 축상의 공간 이미지는, 생성된 니스 구조의 치수가 이 좌표에서, 이 좌표에 수직한 좌표로부터 벗어나는 방식으로 영향을 받는다. 따라서, 사상될 구조의 길이가 이 방향으로 확장될 것이며, 반면에 웨이퍼 상에 사상되는 동안 보조 개구부의 방향으로 그의 폭이 한정된다. 타원성, 즉 폭-길이 비는 보조 개구부를 정밀하게 형성함으로써 제어될 수 있다.

본 발명의 이러한 구현으로 인해, 사각 구조의 특정한 원래의 길이 대 폭 비에 대한 제한이 없게 된다. 마스크 상에서, 정사각형 및 확실하게 사각형인 머더 구조는 대응하는 보조 개구부를 설정함으로써 동일하게 영향을 받을 수 있다.

특히, 사상될 사각 구조는 교호 위상 마스크상의 구조로서 설정될 수 있다. 본 발명에 따른 보조 개구부를 하프-톤(half-tone) 위상 마스크에 적용되는 것도 유사하게 고려할 수 있다.

본 발명의 다른 이점은 프로젝션용 프로세스 윈도우가 대폭 확장된다는 것이다. 노출 또는 프로젝션의 선량 및 포커스와 같은 파라미터에 대해서, 이미지의 미리 정해진 품질이 달성되는 범위가 지정되어야 하고, 이 경우 범위는 상호 의존적이다. 프로젝션의 두가지 범위, 즉 우선 가장 가능한 사상을 포함하고, 파라메타에 대해 가장 우수한 자유도를 허용하는 범위의 조합이 선택된다. 이미지에 대한 품질 한계가 주어진 경우에, 이러한 자유도는 본 발명에 의해 바람직하게 확장된다. 특히, 본 발명에 따르면, 예컨대 메모리 제품의 기판 접합-형성 평면을 사상시키는 포커스 깊이의 범위(포커스)는 종래의 크롬 마스크에 비해서 실제 두배로 개선된다.

본 발명의 추가적인 개선에 있어서, 사상될 사각형 구조에 대해 보조 개구부에 따른 위상차를 위해 160°와 200°사이의 범위가 특히 유효함을 알게 되었다.

추가적인 개선에 있어서, 예를 들어, 한 좌표 방향으로 가장 균질한 효과를 달성하기 위해 보조 개구부에 대해 사상될 사각 구조의 최소의 길이가 고려된다. 단면, 예컨대, 폭이 0.25*λ/NA의 프로젝션 장치의 해상도 한계 범위내에 있기 때문에, 길이 확장에도 불구하고 보조 개구부가 웨이퍼 상에 인쇄되지 않는다.

추가적인 바람직한 개선에 있어서, 적어도 하나의 사각 구조의 대칭 축 주변에 종래의 보조 개구부에 대해 다른 보조 개구부가 대칭적 미러형으로 마련된다. 그 결과, 사각 구조의 서브셋으로서의 정사각형 구조 또는 웨이퍼 상에 사각형 구조의 대칭적인 길이 방향 확장이 보장된다.

본 발명의 추가적인 바람직한 개선은 보조 개구부의 하부 구조를 포함한다. 예컨대, 다크 필드 마스크의 경우, 보조 개구부는 단절된 연장 홀로 이루어질 수 있다. 이들은 본질적으로 사각형 또는 라인을 형성하며, 이는 해상도 한계 미만의 간격을 두고 서로 이격되어 있다. 이 경우 이러한 보조 개구부의 작용은, 단절되지 않은 경우에 비해 약간 제한된다.

본 발명에 따르면, 사각 구조와 관련해서 보조 개구부를 설정하는 것은 일 좌표 방향의 강조에 제한되지 않는다. 예컨대, 프로세스 윈도우만을 확장하기 위한 대안의 방법은 본 발명에 따른 보조 개구부를 사각형의 4변들에 제공하는 것이다. 예컨대, 사상될 사각 구조 주변에 보조 개구부로서 - 또는 보조 개구부의 세트로서 - 배열된 사각 프레임에 의해 프로세스 윈도우가 바람직하게 확장된다.

추가적인 바람직한 개선에 있어서, 사상될 사각 구조와 관련된 보조 개구부는 사각 구조와 함께 마스크 상에 정형화된 패턴을 형성한다. 이러한 방식으로 제공되는 사각 구조의 격자를 형성하는 특정 경우에, - 예컨대 메모리 제품 상의 기판 접촉 형성 평면의 경우에 - 개개의 보조 개구부의 길이 치수가 긴 구조를 형성하도록 결합될 수 있다. 본 발명에 따르면, 그와 동시에 보조 개구부의 단면은 공지된 바와 같이 서브-해상도 구조의 기준을 만족시킨다. 본 발명에 따르면, 타원 구조를 생성하는 효과가 달성되고, 반면에 마스크 설계 및 마스크 자체에 대한 원가가 낮게 되는 장점이 있다.

추가적인 개선의 결과로써, 사상될 사각 구조는 실질적으로 정사각형이다. 사각형의 규칙적인 패턴 구성과의 상호작용에 있어서, 여기에서는 다음과 같은 상당한 이점이 있다.

즉, 웨이퍼 상에 임의의 소망의 규칙적인 사각 패턴을 달성하기 위해, 더욱 큰 길이 대 폭 비를 갖춘 사각 구조가 어떤 경우에도 마스크상에 더 이상 제공되지 않아도 된다. 대신에 이들은 마스크 상에서 정사각형으로 제공될 수 있으며, 그 결과, 특히 종래의 임계 거리의 경우에 마스크상 및 구조들 사이에 사이 공간이 더 생성된다. 일 실시예가 하기에 제공된다.

추가적인 개선에 있어서, 사각 구조 및 적어도 하나의 보조 개구부는 각각의 경우에 광이 통과하는 투과성이 다르게 형성된다. 보조 개구부의 투과성을 적절하게 선택함으로써, 프로젝션을 위한 프로세스 윈도우의 확장이 바람직하게 성취될 수 있다. 인쇄를 위한 한계 치수가 유사하게 상승하기 때문에 설계시에 보조 개구부의 제한된 광 투과성이 더 큰 단면의 선택을 가능하게 한다.

더 상세한 설명에서, 보조 개구부의 단면은 광 프로젝션 시스템 자체의 해상도 한계보다 더 작게 선택된다. 여기서 이점은 이들 변경이 실질적으로 렌즈 시스템 및 그 개구부에만 좌우되며, 바로 지정될 수 있다는 것이다. 물론 이러한 한계 미만에서는, 웨이퍼상에서 인쇄가 실행될 수 없다. 상한으로서의 인쇄를 위한 최소로 필요한 한계 치수와 하한으로서의 해상도 한계사이의 좁은 범위는, 노출, 예컨대 현상 또는 에칭후의 웨이퍼 상의 레지스트 또는 프로세스 유형에 의존한다.

타원형은 프로젝션 시스템의 개구수를 적합하게 함으로써 제어될 수 있고, 이로써 프로세스 윈도우가 더 확대될 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 포토리소그래피 마스크를 도시한 도면,

도 2는 종래의 기술에 따른 다른 포토리소그래피 마스크를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그래피 마스크를 도시한 도면,

도 4는 도 3의 라인 A-A에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라서 포토리소그래피 마스크를 도시한 도면,

도 6은 도 5의 라인 A-A에 따른 단면도를 개략적으로 도시한 도면,

도 7은 마스크 상에 개구부를 구비한 기판 접합-형성 평면내에 접촉 홀의 규칙적인 패턴 및 종래의 기술에 따라서 웨이퍼 상에서 이들로부터 형성되는 노출된 타원을, 그에 일치되는 크기로 상세하게 도시한 도면,

도 8은 본 발명에 따른 사각형 설계의 개구부 및 보조 개구부(빗금친 부분)의 두 가지 예(a, b)와, 크기가 일치하고 웨이퍼상에 사상되는 타원을 가진 기판 접촉 형성 평면의 규칙적인 패턴을 상세하게 도시한 도면,

도 9는 두개의 관련 보조 개구부 각각이 네개의 단절된 연장 홀을 구비하는, 마스크 상에 사각형의 개구부의 본 발명의 따른 실시예를 도시한 도면,

도 10은 개구부로써 본 발명에 따른 네개의 보조 개구부에 의해 둘러싸인 본 발명에 따른 정사각형 구조를 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 개구부

1' : 웨이퍼 상에 사상된 구조, 타원형 구조

2 : 보조 개구부

2a-2d : 보조 개구부내의 확장된 홀

4 : 인접 개구부

5 : 인접 보조 개구부

9 : 개구부와 보조 개구부 사이의 거리

11 : 개구부의 폭

11' : 타원의 폭

12 : 개구부의 길이

12' : 타원의 길이

15 : 개구부 사이의 거리

21 : 단면, 보조 개구부의 폭

22 : 보조 개구부의 길이

30 : 해상도 한계, 최소 구조 폭

31 : 웨이퍼 상에 구조를 형성하는데 필요한 마스크 상의 구조의 최소 한계 치수

40 : 광의 코히어런스 거리

51 : 방사선 불투과성 불투명 층

52 : 수정, 마스크용 캐리어 물질

101 : 두배인 폭의 라인(사각형 구조)

102 : 단절된 보조 개구부

201 : 세배인 라인(개구부)

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그래피 마스크가 개략적으로 도시된다. 상기 마스크는 0.35*λ/NA(웨이퍼 기준)의 폭을 가진 다섯개의 개구부(1, 4)를 가지고 있다. 이들은 0.7*λ/NA의 간격을 가진 격자로 그룹지어지며, 인접 개구부(1, 4)는 180°의 상대적인 위상차를 가지고 있다. 각각의 경우에, 0.27*λ/NA의 폭을 가진 보조 개구부(2)는 외부 개구부(1)와 평행하게, 0.7*λ/NA의 거리(D)를 두고 형성되며, 위상 변화는 인접 개구부와 180°차이가 난다. 보조 개구부(2)에 의해 반 절연성 개구부(1)가 상당히 높은 공중 이미지 콘트라스트로 사상되며, 노출 방법은 상당히 개선된 포토리소그래피 프로세스 윈도우를 가진다. 이들 공중 이미지의 낮은 세기로 인해서, 보조 개구부(2)는 레지스트 층으로 전사되지 않는다.

또한, 보조 개구부(2)에 의해 지지되는 개구부(1)의 폭이 조정되어서, 특히 확장되어서, 공칭 노출 조건(최적의 포커스, 공칭 노출)하에서, 개구부(1)는 밀접하게 패킹된 인접 개구부(4)와 동일한 폭으로 레지스트 층에 전사된다. 보조 개구부(2)에 의해 지지되는 개구부(1)는 노출 파라메타에 따라서 20%까지의 범위내에서 확장된다.

중앙 구조로 부터 돌출된 절연성 개구부(1)는 0.27*λ/NA의 폭을 가진 보조 개구부(2)에 의해 양 측면이 지지되어 있다. 세 개의 개구부는 0.7*λ/NA의 간격의 격자를 형성한다. 도 4에는 도 3의 A-A를 따른 단면도가 개략적으로 도시된다.

도 5에는 본 발명에 따른 포토리소그래피 마스크의 다른 실시예가 도시된다. 도 5에 도시된 실시예는 각각의 반 절연성 개구부(1)에 대한 보조 개구부(2, 5) 및 각각 절연성 개구부(1)에 대한 네 개의 보조 개구부(2, 5)를 사용한다. 이 경우에, 추가적인 보조 개구부(5)의 위상은, 지지되는 개구부(4)를 고려하여 교호하도록, 즉, 보조 개구부(2)가 보조 개구부(5)와 동일한 위상을 가지지 않도록 선택된다. 도 6은 도 5와 관련된 단면도이다.

웨이퍼 상에 규칙적인 패턴으로 배열된 타원 구조를 생성하는데 있어서의 문제가 도 7에 도시되며, 도 7에서는 메모리와 같은 집적형 부품을 생산하기 위한 기판 접촉 형성 평면의 예를 사용한다. 도면은 종래의 기술에 따른 마스크 상의 개구부 또는 사각 구조(1)를 도시하고 있으며, 그 위에 매칭된 크기로 도시된 웨이퍼 상에 사상되는 구조(1')가 점선의 타원형으로 도시되어 있다. 일반적으로, 기판 접합-형성 평면의 경우에, 마스크 상의 개구부(1)는 사각 접촉 영역으로 설계되며, 그에 따라 원형 접촉 홀이 종래 기술에 따라 웨이퍼 상에 사상된 구조(1')로서 생성된다. 이 예에서, 해상도 한계(30)에 근접한 상태의 이들 임계 구조의 경우, 1차원으로 연장된 접촉 홀이 사상된 구조(1')로서 생성될 것이며, 이는 도 7에서 수직한 Y 방향으로 수행된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 사상된 구조(1')를 모두 타원형으로 하기 위해서, 사각 구조(1)의 그 폭(11)에 대한 길이(12)의 비는 적어도 1.5배이어야 한다.

도면에 도시된 사상된 구조(1')의 점선으로 표시된 타원은 웨이퍼 상의 동일한 세기의 라인을 나타낸다. 그러나, 보다 강하거나 보다 약한 노출의 경우에 구조(1')의 영역이 변하더라도, 사상된 구조(1')의 길이(12') 대 폭(11')의 비는 실질적으로 가변 세기에 따라 변하지 않는다.

그러나, 웨이퍼 상에 사상된 구조(1')의 더 큰 타원을 생성하기 위해서, 도 7의 우측에 도시된 바와 같이, 마스크 상에 개구부(1)를 구축할 때, 한계까지 빠르게 도달해야 한다. 개구부(1)의 길이 방향 확장의 경우에, 불행하게도 웨이퍼 상에 적절한 타원만을 생성하기 위해서 각각의 인접 개구부로부터 개구부(1)까지의 거리(15)는 적어도 해상도 한계(30)보다 커야 된다. 이러한 조건은 웨이퍼 상에 접촉 홀로서 사상된 구조(1')의 수직한 길이 방향 확장에 대한 상한을 설정하는데 불리하다.

도 8a에 도시되어 있는, 이 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 실시예는 정사각형 개구부(1)에 기초하고, 웨이퍼상의 상기 개구부(1)의 이미지는 180°의 위상 변이를 가진, 이음매없이 조인된 개구부(2) 때문에, 높은 타원성을 가진 웨이퍼상의 구조(1')로서 사상된다. 보조 개구부(2)는 프로젝션 장치의 인쇄를 위한 한계 치수(31) 미만의 해상도 한계(30)의 범위의 폭(21)을 가진다. 웨이퍼 상의 개구부(1)로부터 보조 개구부(2)까지의 간격(9)이 해상도 한계(30)보다 높아서 위상 시프트된 보조 개구부(2)는, 근접 효과를 사용해서 웨이퍼 상에 대한 사상시에 정사각형 개구부(1)에 대해 작용한다.

도 8a의 실시예에 있어서, 248nm의 파장 및 개구수(NA)=0.63, 및 충진 계수 σ=0.30을 가지는 프로젝션 장치가 선택되었다. 웨이퍼 레벨에 기초하는 정사각형의 접촉 홀(1)은 230nm×230nm의 면적을 가진다. 본 실시예에서 보조행으로 설계된, 이음매없이 조인된 보조 개구부(2)는 100nm의 폭(21)을 가진다.

본 발명에 따른 보조 개구부(2)의 작용에 의해 형성 가능한 개구부(1)의 정사각 형성 결과로써, 도 7과 관련된 설명에 나타난 문제를 피할 수 있게 된다. 마스크상에 구조를 배치하고 형성하는 자유도는, 웨이퍼상에 구조(1')를 생성할 때 보조 개구부를 본 발명에 따라 사용함으로써 상당히 향상된다. 보조 개구부(2) 형성 동안 및 마스크의 레이 아웃동안, 이러한 효과는 그들의 폭(21) 및 사각 구조(1)로부터의 거리(9)를 통해서 정밀하게 제어될 수 있다.

유사하게, 프로세스 윈도우의 상당한 확장이 달성된다. 도 7에 따른 종래의 기술에 따른 실시예 및 도 8a에 따른 본 발명에 따른 실시예에서의 주어진 개구수에서, 포커스의 깊이는 0.39㎛에서 0.59㎛로 증가될 수 있고, 선량 변화 범위가 두배로 될 수 있다.

기준 해상도 범위내의 길이(12) 및 폭(11)을 가진 실시예에 도시된 기판 접촉 형성 평면에서 동작이 수행되기 때문에, 공지된 바와 같이, 마스크 에러 증대 요인이 특히 불리한 역할을 한다. 따라서, 최소 라인 또는 구조 폭 변동이 비선형 방식으로 마스크에서 웨이퍼로 전사된다. 본 발명에 따른 실시예를 사용함으로써, 프로세스 윈도우의 확대는 전사 품질을 특히 효율적으로 개선함으로써 이루어지고, 그 결과 마스크 에러 증대 요인이 감소된다.

큰 프로세스 윈도우에 추가하여, 본 발명에 따른 해법의 결정적인 장점은 마스크 상에 사각 구조(1)의 정사각형을 설계한 경우에도, 레지스트 구조에 대해 높은 타원성이 달성될 수 있다는 것이다. 종래의 기술은 타원성에 대한 한계가 보다 협소한데, 이는 접촉부의 길이 방향의 접촉부의 간격이 보다 작은 경우, 상기 설명한 머더 접촉부의 확대가, 검사될 수 있는 최소 랜드(land) 폭 또는 분석될 수 있는 랜드 폭과 같은, 마스크 생성에 의해 야기되는 한계에 도달하기 때문이다.

도 8b는 다른 실시예를 도시하고 있고, 이 실시예에 따라서 위상 시프트 보조 개구부(2)는 접촉 홀(1)에 대하여 수평으로 배열된다. 여기서, 수평 방향으로 주요 반-축을 가지는 타원성이 달성된다. - 웨이퍼 레벨에 기초해서 - 사용되는 변수는 접촉부의 길이(12):230nm, 접촉부의 폭(11):230nm, 보조 개구부의 길이(22):560nm, 보조 개구부의 단면(21):110nm, 수직 방향의 접촉 홀 간격:560nm이다. 위상차는 180도이고, 충전 계수(σ)는 0.30이고, 개구수는 0.63이고, 파장은 248nm이다.

도 9는 도 8a에 도시된 본 발명에 따른 실시예의 다른 구현을 도시하고 있다. 상세하게는, 두개의 보조 개구부(2)가 좌측과 우측으로 둘러싼 정사각형 형상의 사각 구조(1)를 도시하고 있다. 보조 개구부(2)는 단절된 연장 홀(2a, 2b, 2c, 2d)로 이루어진다. 연장 홀들의 서로 간의 간격은 사각 구조(1)로부터 연장 홀까지의 거리보다 작다. 특히, 이들 서로간의 거리는 해상도 한계(30) 미만이며, 그에 따라 사각 구조(1)에 대한 이들의 작용은 연속하는 보조 개구부(2)의 작용과 같게 되지만, 연장 홀(2a-2d)의 단절은 보조 개구부(2)의 영역을 약간 감소시키며, 그 결과 위상 구조에 의해 야기되는 근접 효과의 작용이 그에 대응하여 약간 감소된다. 보조 개구부(2)의 길이(22)는 연장 홀(2a-2d)의 단절에 의해 그대로 유지된다.

네 개의 개구부(2)가 사각 구조(1)를 둘러싸는 본 발명에 따른 다른 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 목적은 타원 구조를 생성하는 것이 아니며, 웨이퍼상의 사각 구조(1)의 사상을 위한 프로세스 윈도우의 확대가 이용되는 것이다. 본 발명에 따르면, 도 10에 도시된 사각 구조(1)는 반드시 정사각형이 아니어도 된다. 도 10의 보조 개구부의 하부에 또는 후방에 배열된, 추가 보조 개구부(2)가 도 10에 도시된 코히어런스 길이(40)의 범위내에 위치되어 형성되어도 된다. 그러나, 보조 개구부(2)의 전체 폭(21)이 한계 치수(31)를 초과하지 않아서, 웨이퍼 상으로의 보조 개구부(2)의 사상이 발생하지 않는다는 다른 조건을 만족시킬 필요가 있다.

Claims

반도체 기판상의 방사선 반응형 레지스트 층을 노출시키기 위한 포토리소그래피 마스크에 있어서,

(a) 상기 마스크는 투과성 캐리어 물질(51) 상에 적어도 하나의 방사선 불투과성 층(52)을 구비하고 있고,

(b) 각각이 정사각형 구조를 가진 복수의 개구부(1)가 상기 방사선 불투과성 층(52) 내에 마련하되, 상기 개구부(1)는 상기 개구부(1)에 의해 각각의 경우에 형성된 패턴이 노출동안에 상기 레지스트 층에 전사되는 방식으로 형성되며,

(c) 상기 개구부(1)에 할당된 또 다른 다수의 보조 개구부(2)를 상기 방사선 불투과성 층(52) 내에 마련하되,

- 상기 보조 개구부(2) 각각은, 상기 보조 개구부(2)에 의해 형성된 상기 패턴이 노출 동안에 상기 레지스트 층에 전사되지 않는 방식으로, 한계 치수(31) 미만의 폭을 가지는 단면(21)을 갖고,

- 각각의 경우에, 상기 개구부(1) 중 하나로부터 거리(9)를 두고 배열되며, 상기 거리(9)는

a) 웨이퍼 크기에 기초해서, 노출에 사용되는 프로젝션 장치의 해상도 한계(30)보다 더 크고,

b) 상기 프로젝션 장치에 사용되는 광의 코히어런스 길이(40)보다 더 작으며,

- 방사선이 통과함에 따라서, 각각의 연관된 개구부(1)를 통하는 방사선에 대해서, 160°와 200°사이의 범위내에서 위상차를 발생시키며,

(d) 상기 개구부(1)가 규칙적인 패턴(regular pattern)을 형성해서, 각각의 관련된 보조 개구부(2)도 규칙적인 패턴을 형성하며,

(e) 상기 보조 개구부(2)는 상기 해상도 한계(30)를 초과하는 길이(22)를 가지며, 그 폭(21)은 상기 웨이퍼 상에 구조체를 형성하기 위한 한계 치수(31)를 초과하되, 각각의 경우에 상기 마스크상에서 동일한 길이로 정렬되며,

상기 정사각형 구조체를 따르는 방향으로 상기 개구부의 박막화를 이루거나 구조체의 영역의 원하는 확장이 이루어지는 정도로 동일한 길이 방향으로 배열되는 상기 보조 개구부에 의해 상기 레지스트 층상에 인쇄된 패턴의 형상이 영향을 받는,

포토리소그래피 마스크.
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제 1 항에 있어서,

상기 보조 개구부(2)의 길이(22)는 각각의 경우에 적어도 관련 개구부(1)의 길이(12)인

포토리소그래피 마스크.
제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,

추가 보조 개구부(2)가 각각의 보조 개구부(1)의 대칭축에 대해서 미러 대칭관계로 배치되는

포토리소그래피 마스크.
제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 보조 개구부(2)는 다수의 비 코히어런스 사각형부(2a, 2b, 2c, 2d) - 상기 사각형부의 서로간의 거리는 추가 개구부(1)로부터의 각 거리보다 짧음 - 를 형성하는

포토리소그래피 마스크.
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제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 개구부(1)는 각각의 경우에 그와 관련된 다수의 보조 개구부(2)에 의해 둘러싸여 있는

포토리소그래피 마스크.
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제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 개구부(1)는 투과성이며, 상기 보조 개구부(2)는 각각의 경우에 투과성이거나 반투과성이되, 그 주변부는 통과하는 광에 불투과성으로 설계되는

포토리소그래피 마스크.
제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 폭(21)을 가진 상기 단면은 상기 마스크의 크기에 기초해서 상기 프로젝션 장치의 상기 해상도 한계(30) 미만의 크기를 가지는

포토리소그래피 마스크.
제 1 항 또는 제 12 항에 따른 마스크를 사용하여 상기 적어도 하나의 개구부(1)로부터 사상되는 구조체(1') - 상기 구조체(1')의 길이(12') 대 폭(11')의 비는 마스크상의 적어도 하나의 개구부의 길이(12) 대 폭(11)의 비보다 큼 - 를 웨이퍼 상에 생성하는 광학 프로젝션 장치.
제 1 항 또는 제 12 항에 따른 마스크를 가진 프로젝션 장치에서 웨이퍼를 노출시키는 방법으로서,

- 상기 웨이퍼상에 사상되는 구조체(1')에 대해서 달성되어야 하는 길이(12') 대 폭(11')의 비를 결정하는 단계와,

- 적어도, a) 상기 개구부(1)의 상기 길이(12) 및 상기 폭(13)의 함수

b) 상기 보조 개구부(2)의 상기 길이(22) 및 상기 폭(21)의 함수

c) 상기 보조 개구부(2)로부터 그와 관련된 개구부(1)까지의 거리의 함수

d) 달성되어야 하는 길이(12') 대 폭(11')의 함수

로서 상기 프로젝션 장치의 개구수를 설정하는 단계

를 포함하는 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 개구수를 설정하기 위해, 의존성을 고려해서 수치 시뮬레이션이 수행되는

방법.