KR100573049B1 - 포토마스크 - Google Patents

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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있도록 하기 위한 것으로, 노광광에 대하여 차광성을 갖는 반차광부(101)와, 반차광부(101)에 의해 둘러싸이고 또한 노광광에 대하여 투광성을 갖는 투광부(102)와, 투광부(102)의 주변에 위치하는 보조패턴(위상시프터)(103)이 투과성 기판(100) 상에 설치되어 있다. 반차광부(101)와 투광부(102)는 노광광을 서로 같은 위상으로 투과시킨다. 보조패턴인 위상시프터(103)는 반차광부(101) 및 투광부(102)를 기준으로 하여 노광광을 반대 위상으로 투과시키는 것과 함께, 노광에 의해 전사되지 않는다.
차광부, 투광부, 위상시프터, 투과성 기판, 포토마스크

Description

포토마스크{PHOTO MASK}
도 1의 (a)∼(g)는 본 발명의 윤곽강조법의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 포토마스크의 평면도이고, (b)는 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행했을 때에 웨이퍼 상에 형성되는 광강도 분포를 나타내는 도면.
도 3의 (a)는 도 2의 (a)에 나타내는 포토마스크에서 피크강도 Io가 0.25가 되는 W, PW, d의 조합을 모의실험에 의해 구한 결과를 나타내는 도면이고, (b)는 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 조합을 갖는 마스크패턴을 이용하여 치수 100nm의 콘택트홀을 형성한 경우의 초점심도의 모의실험 결과를 나타내는 도면이고, (c)는 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 조합을 갖는 마스크패턴을 이용하여 치수 100nm의 콘택트홀을 형성한 경우의 노광마진의 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 4의 (a), (c) 및 (e)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 포토마스크를 이용하여 치수 100nm의 콘택트홀을 형성한 경우의 초점심도의 모의실험 결과를 나타내는 도면이고, (b), (d) 및 (f)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 포토마스크를 이용 하여 치수 100nm의 콘택트홀을 형성한 경우의 노광마진의 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 5의 (a)∼(d)는 각각 본 발명의 제 1 실시예에 관한 포토마스크의 평면구성의 변형예를 나타내는 도면.
도 6의 (a)∼(d)는 각각 본 발명의 제 1 실시예에 관한 포토마스크의 단면구성의 변형예를 나타내는 도면.
도 7의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도이고, (b)는 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행했을 때에 웨이퍼 상에 형성되는 광강도 분포를 나타내는 도면.
도 8의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 관한 포토마스크에서 피크강도 Io가 0.25가 되는 마스크구성을 모의실험에 의해 구한 결과를 나타내는 도면이고, (b)는 (a)의 그래프에 나타내는 마스크구성을 갖는 포토마스크를 이용하여 폭 100nm의 스페이스 패턴을 형성한 경우의 초점심도의 모의실험 결과를 나타내는 도면이고, (c)는 (a)의 그래프에 나타내는 마스크구성을 갖는 포토마스크를 이용하여 폭 100nm의 스페이스 패턴을 형성한 경우의 노광마진의 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 포토마스크의 평면도.
도 10의 (a)는 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 관한 포토마스크의 효과를 확인하기 위한 모의실험에 이용한 포토마스크의 평면도이고, (b)는 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행함으로써 형성되는 광강도 분포의 프로파일을 나타 내는 도면.
도 11의 (a)∼(c)는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 포토마스크의 효과를 확인하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 12의 (a) 및 (b)는 투광부끼리의 중심간 거리가 1.3 ×λ/ NA 이하가 되는 밀집홀의 경우에 있어서, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 포토마스크의 투광부 사이의 위상시프터의 폭을 감소시키는 것이 바람직한 이유를 설명하기 위한 도면.
도 13의 (a)∼(c)는 각각 본 발명의 제 2 실시예에 관한 포토마스크의 평면구성의 변형예를 나타내는 도면.
도 14의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 제 2 실시예에 관한 포토마스크의 평면구성의 변형예를 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도.
도 16의 (a)∼(c)는 각각 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면구성의 변형예를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 포토마스크의 평면도.
도 18의 (a)∼(d)는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 포토마스크의 효과를 확인하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 19는 본 발명의 제 3 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도.
도 20의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 3 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 효과를 확인하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 21의 (a)는 본 발명의 제 4 실시예에 관한 포토마스크의 평면도이고, (b) 는 (a)에 나타내는 포토마스크를 이용하여 패턴형성 모의실험을 행한 결과를 나타내는 도면.
도22의 (a)∼(c)는 본 발명의 제 4 실시예에 관한 포토마스크의 효과를 확인하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 23의 (a)는 본 발명의 제 4 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도이고, (b)는 (a)에 나타내는 포토마스크를 이용하여 패턴형성 모의실험을 행한 결과를 나타내는 도면.
도 24의 (a)∼(c)는 본 발명의 제 4 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 효과를 확인하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면.
도 25의 (a)∼(d)는 본 발명의 제 5 실시예에 관한 패턴형성방법의 각 공정을 나타내는 단면도.
도 26의 (a)는 통상 노광광원의 형상을 나타내는 도면이고, (b)∼(d)는 경사입사 노광광원의 형상을 나타내는 도면.
도 27의 (a)∼(e)는 본 발명의 포토마스크를 이용한 노광특성의, 환상조명의 직경에 대한 의존성을 모의실험으로 구한 결과를 설명하기 위한 도면.
도 28은 본 발명의 제 6 실시예에 관한 마스크 데이터 작성방법의 설명에 이용하는 포토마스크의 평면도.
도 29는 본 발명의 제 6 실시예에 관한 마스크 데이터 작성방법의 흐름도.
도 30의 (a)∼(c)는 본 발명의 제 6 실시예에 관한 마스크 데이터 작성방법의 각 공정에서의 구체적인 마스크패턴 작성예를 나타내는 도면.
도 31의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 6 실시예에 관한 마스크 데이터 작성방법의 각 공정의 구체적인 마스크패턴 작성예를 나타내는 도면.
도 32의 (a)∼(g)는 종래의 하프톤 위상시프트 마스크에 의한 패턴형성방법의 원리를 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100, 200, 250, 270, 290, 300, 350, 400, 510, 600 : 투과성 기판
100a : 굴착부
101, 201, 251, 271, 291, 301, 351, 401, 511, 601, 750 : 반차광부
102, 202∼206, 252, 272∼276, 292, 302∼306, 352∼356, 402, 512, 602 : 투광부
103, 207∼211, 253, 277∼281, 293, 307∼311, 357∼361, 403, 404, 513, 603 : 위상시프터
104 : 제 1 위상시프터 105 : 제 2 위상시프터
106 : 반차광막 107 : 박막
108 : 위상시프트막 500 : 기판
501 : 피가공막 502 : 레지스트막
502a : 잠상부분 503 : 노광광
504 : 레지스트 패턴 701∼703 : 원하는 패턴
711∼714 : 윤곽시프터 721∼723 : 개구패턴
본 발명은 반도체 집적회로장치의 제조에 이용되는 미세패턴 형성용 포토마스크에 관한 것이다.
최근, 반도체를 이용하여 실현하는 대규모 집적회로장치(이하, LSI라 함)의 고집적화를 위해, 회로패턴의 미세화가 점점 더 필요해지고 있다. 그 결과, 회로를 구성하는 배선패턴의 세선화, 또는 절연층을 통해 다층화된 배선끼리 연결하는 콘택트홀 패턴(이하, 콘택트 패턴이라 함)의 미세화가 매우 중요하게 되어 왔다.
이하, 종래의 광노광 시스템에 의한 배선패턴의 세선화에 관하여, 포지티브형 레지스트 프로세스를 이용하여 행하는 경우를 상정하여 설명한다. 포지티브형 레지스트 프로세스에서, 라인패턴은 포토마스크를 이용한 노광 및 그 후의 현상에 의해 레지스트의 비감광영역과 대응하여 잔존하는 라인형상의 레지스트막(레지스트 패턴)이다. 또, 스페이스 패턴은 레지스트의 감광영역과 대응하는 레지스트 제거부(레지스트 제거패턴)이다. 또, 콘택트패턴은 홀형상의 레지스트 제거부이고, 스페이스 패턴 중 특히 미세한 것이라고 생각하면 된다. 또, 포지티브형 레지스트 프로세스 대신에 네거티브형 레지스트 프로세스를 이용하는 경우, 상술한 라인패턴 및 스페이스 패턴의 각각의 정의를 교체하면 된다.
일반적으로, 배선패턴을 미세화하기 위해, 초해상 노광이라고 불리는 경사입사 노광을 이용한 세선패턴 형성방법이 도입되어 왔다. 이 방법은 레지스트의 비감 광영역과 대응하는 레지스트 패턴의 미세화방법으로서 우수한 것과 함께, 주기적으로 또한 조밀하게 배치된 조밀패턴의 초점심도(depth of focus)를 향상시키는 효과도 갖고 있다. 단, 이 경사입사 노광방법은 고립된 레지스트 제거부를 미세화하는 방법으로서는 거의 효과가 없고, 반대로, 상(像)(광학상)의 콘트라스트나 초점심도를 저하시킨다. 이 때문에, 경사입사 노광방법은 레지스트 제거부의 치수가 레지스트 패턴의 치수보다 크다는 특징을 갖는 패턴형성, 예컨대 게이트 패턴형성 등에 적극적으로 이용되고 있다.
한편, 미소 콘택트패턴과 같은 고립된 미세한 레지스트 제거부를 형성하는 경우에는 경사입사성분을 포함하지 않는 저간섭도의 작은 광원을 이용하는 것이 효과적인 것이 알려져 있다. 이 때, 하프톤 위상시프트 마스크(half-tone phase-shift mask)를 이용하면 더욱 효과적이다. 하프톤 위상시프트 마스크에서는 콘택트패턴과 대응하는 투광부(개구부)를 둘러싸는 차광패턴으로서, 완전차광부 대신에 위상시프터가 설치되어 있다. 위상시프터는 노광광에 대하여 3∼6% 정도의 매우 낮은 투과율을 갖는 것과 함께, 개구부를 투과하는 광에 대하여 180도의 위상반전을 노광광에 생기게 한다.
한편, 본 명세서에서, 특별히 언급하지 않는 한, 투과율은 투과성 기판의 투과율을 100%로 하였을 때의 실효투과율로 나타낸다. 또, 완전차광막(완전차광부)은 실효투과율이 1%보다 작은 차광막(차광부)을 의미하는 것으로 한다.
이하, 종래의 하프톤 위상시프트 마스크에 의한 패턴형성방법의 원리에 대하여 도 32의 (a)∼(g)를 참조하여 설명한다.
도 32의 (a)는 마스크 표면에 설치된 완전차광부가 되는 크롬막에 콘택트패턴과 대응하는 개구부가 설치되어 이루어지는 포토마스크의 평면도이고, 도 32의 (b)는 도 32의 (a)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광에서의 선분 AA'와 대응하는 진폭강도를 나타낸다. 도 32의 (c)는 마스크 표면에 설치된 위상시프터에, 콘택트패턴과 대응하는 크롬막이 완전차광부로서 설치되어 이루어지는 포토마스크의 평면도이고, 도 32의 (d)는 도 32의 (c)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광에서의 선분 AA'와 대응하는 진폭강도를 나타낸다. 도 32의 (e)는 마스크 표면에 설치된 위상시프터에 콘택트패턴과 대응하는 개구부가 설치되어 이루어지는 포토마스크(즉, 하프톤 위상시프트 마스크)의 평면도이고, 도 32의 (f) 및 (g)는 각각 도 32의 (e)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광에서의 선분 AA'와 대응하는 진폭강도 및 광강도를 나타낸다.
여기에서, 도 32의 (b), (d), (f)에 나타내는 바와 같이, 도 32의 (e)에 나타내는 하프톤 위상시프트 마스크를 투과한 광의 진폭강도는 도 32의 (a) 및 (c)의 각각에 나타내는 포토마스크를 투과한 광의 진폭강도의 합으로 이루어져 있다. 즉, 도 32의 (e)에 나타내는 하프톤 위상시프트 마스크에서는, 차광부가 되는 위상시프터가 낮은 투과율로 광을 투과시킬 뿐만 아니라, 해당 위상시프터를 투과하는 광에 개구부를 통과하는 광에 대하여 180도의 광로차(위상차)를 부여하도록 형성되어 있다. 이 때문에, 도 32의 (b) 및 (d)에 나타내는 바와 같이, 위상시프터를 투과하는 광은 개구부를 투과하는 광에 대하여 반대위상의 진폭강도 분포를 갖는다. 따라서, 도 32의 (b)에 나타내는 진폭강도 분포와 도 32의 (d)에 나타내는 진폭강도 분포를 합성하면, 도 32의 (f)에 나타내는 바와 같이, 위상변화에 의해 진폭강도가 0이 되는 위상경계가 발생된다. 그 결과, 도 32의 (g)에 나타내는 바와 같이, 위상경계와 대응하는 개구부의 단부(이하, 위상단이라 함)에서는 진폭강도의 제곱으로 나타내는 광강도도 0으로 되어 강한 암부(暗部)가 형성된다. 이로 인하여, 도 32의 (e)에 나타내는 하프톤 위상시프트 마스크를 투과한 광의 상(像)에서는 개구부 주변에서 매우 강한 콘트라스트가 실현된다. 단, 이 콘트라스트의 향상은 마스크에 대하여 수직으로 입사하는 광, 구체적으로는 저간섭도의 작은 광원영역으로부터 마스크에 입사하는 광에 대하여 생긴다. 한편, 경사입사 노광, 예컨대 수직입사성분(광원중심(마스크의 법선방향)으로부터의 조명성분)을 제거한 환상조명(annular illumination)이라고 불리는 노광에 대해서는 개구부 주변(위상변화가 발생하는 위상경계 부근)에서도 콘트라스트의 향상은 보이지 않는다. 또, 저간섭도의 작은 광원에 의해 노광을 행하는 경우에 비해, 경사입사 노광을 행하는 경우가 초점심도가 낮아진다는 결점도 있다.
또, 이상에 설명한 환상조명 등의 경사입사 노광에서의 하프톤 위상시프트 마스크의 결점을 보충하기 위해, 하프톤 위상시프트 마스크에서의 개구부(고립 콘택트패턴과 대응)의 주변에 해상되지 않는 미소한 치수의 개구부, 즉 보조패턴을 형성하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허공개 평5-165194호 공보 참조). 이로 인하여, 광강도 분포에서 주기분포를 형성할 수 있고, 그것에 의해 초점심도를 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 콘택트패턴과 같은 미세한 레지스트 제거패턴을 포지티브형 레지스트 프로세스에 의해 형성하고자 한 경우, 수직입사성분만큼의 조명이 되는 간섭도 0.5 정도 이하의 작은 광원을 하프톤 위상시프트 마스크와 조합시켜 노광을 행할 필요가 있었다. 이 방법은 미세한 고립배치의 콘택트패턴의 형성에는 매우 효과적이었다.
그런데, 최근의 반도체장치의 고집적화에 따라, 배선패턴 뿐만 아니라 콘택트패턴에서도 고립배치된 패턴과 함께 파장에 상당하는 피치로 조밀하게 배치된 패턴형성이 필요하게 되었다. 여기에서, 조밀하게 배치된 콘택트패턴의 형성에서 높은 초점심도를 실현하기 위해서는, 조밀하게 배치된 배선패턴과 마찬가지로 경사입사 노광이 효과적이다.
즉, 고밀도의 배선패턴 및 고밀도의 콘택트패턴의 형성에는 경사입사 노광이 필수적인 한편, 경사입사 노광을 행하면 고립된 콘택트패턴과 고립된 배선 사이의 스페이스 패턴의 콘트라스트 및 초점심도가 현저하게 저하된다. 이 콘트라스트 및 초점심도의 저하는 해상도를 향상시키기 위해 하프톤 위상시프트 마스크를 이용한 경우, 한층 더 현저하게 된다.
반대로, 고립된 미소 콘택트패턴과 고립된 미소 배선 사이에 스페이스 패턴을 형성하기 위해, 저간섭도의 작은 광원을 이용하면, 고밀도패턴 또는 미소 라인패턴의 형성이 곤란하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 고립배치된 미소한 스페이스 패턴에 대한 최적의 조명조건과, 조밀하게 배치된 패턴 또는 미소한 라인패턴에 대한 최적의 조명조건은 상반관계에 있 다. 이 때문에, 미소한 레지스트 패턴의 형성과 미소한 고립 레지스트 제거패턴의 형성을 동시에 행하기 위해, 광원으로부터의 수직입사성분 및 경사입사성분의 각각의 효과를 상호 교환하며, 결과적으로 간섭도가 중간정도(0.5∼0.6 정도)의 광원이 이용된다. 그러나, 이 경우, 수직입사 및 경사입사의 양쪽의 효과가 상쇄되므로, 고립 라인패턴 또는 밀집패턴과 고립 스페이스 패턴을 동시에 미세화하여 반도체장치를 한층 더 고집적화하기가 어렵게 된다.
한편, 상술한 보조패턴은 콘택트패턴과 대응하는 개구부로부터 광원(노광광)의 파장 이상 떨어진 위치에 배치할 필요가 있다. 이 때문에, 개구부가 파장 정도로부터 파장의 배정도까지의 피치로 배치되어 있는 경우에는 보조패턴을 배치할 수 없다. 즉, 상술한 보조패턴을 이용하는 방법은 개구부가 파장 정도의 피치로 배치되어 있는 경우로부터 개구부가 고립하고 있는 경우까지의 모든 배치에 대응할 수 있는 것은 아니다.
상술한 바를 감안하여 본 발명은 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 포토마스크는, 노광광에 대하여 차광성을 갖는 반차광부와, 상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 노광광에 대하여 투광성을 갖는 투광부와, 상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 투광부의 주변에 상기 반차광부를 삽입하도록 형성되어 있는 보조패턴을 투과성 기판 상에 구비하고, 상기 투광부는 한 변이 (0.8 ×λ×M) / NA인 사각형보다 작으며, 상기 보조패턴은 구형 패턴으로, 그 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.3 ×λ×M) / NA 이상이고 또 (0.5 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하고 있고, 상기 반차광부 및 상기 투광부는 상기 노광광을 서로 동위상으로 투과시키며, 상기 보조패턴은 상기 반차광부 및 상기 투광부를 기준으로 하여 상기 노광광을 반대위상으로 투과시키고, 또한 노광에 의해 전사되지 않는 것을 특징으로 한다(단, λ은 상기 노광광의 파장이고, M 및 NA는 투영노광 시스템의 축소투영 광학계의 축소배율 및 개구수이다).
본 발명의 포토마스크에서, 상기 보조패턴의 폭은 (0.05 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.2 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것이 바람직하다. 또, ㅍ상기 보조패턴의 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.365 ×λ×M) / NA 이상이고 또한 (0.435 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, ㅍ상기 보조패턴의 폭은 (0.1 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.15 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크(단, T는 상기 보조패턴의 상기 투광부에 대한 상대투과율이다).
본 발명의 포토마스크는, 노광광에 대하여 차광성을 갖는 반차광부와, 상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 노광광에 대하여 투광성을 갖는 투광부와, 상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 투광부의 주변에 상기 반차광부를 삽입하도록 형성되어 있는 보조패턴을 투과성 기판 상에 구비하고, 상기 투광부는 단변방향의 폭이 (0.65 ×λ×M) / NA보다 작은 라인형상을 가지며, 상기 보조패턴은 구형 패턴으로, 그 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.25 ×λ×M) / NA 이상이고 또 (0.45 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하고 있고, 상기 반차광부 및 상기 투광부는 상기 노광광을 서로 동위상으로 투과시키며, 상기 보조패턴은 상기 반차광부 및 상기 투광부를 기준으로 하여 상기 노광광을 반대위상으로 투과시키고, 또한 노광에 의해 전사되지 않는 것을 특징으로 한다(단, λ은 상기 노광광의 파장이고, M 및 NA는 투영노광 시스템의 축소투영 광학계의 축소배율 및 개구수이다).
본 발명의 포토마스크에서, 상기 보조패턴의 폭은 (0.05 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.2 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것이 바람직하다(단, T는 상기 보조패턴의 상기 투광부에 대한 상대투과율이다). 또, 상기 보조패턴의 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.275 ×λ×M) / NA 이상이고 또한 (0.425 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 보조패턴의 폭은 (0.1 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.15 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 보조패턴은 상기 투광부의 라인방향을 따라서 상기 투광부에 평행하게 배치되어 있고, 상기 투광부의 라인단부는 상기 라인방향에서 상기 보조패턴에 비해 소정의 치수 이상 돌출되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 소정의 치수는 (0.03 ×λ×M) / NA인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 투광부의 형상은 사각형, 다각형 또는 원형인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 보조패턴은 4개의 구형(矩刑)패턴으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 투광부의 장변방향의 길이는 (2 ×λ×M) / NA 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 반차광부의 투과율은 상기 노광광에 대해서 3% 이상이고 또한 15% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 보조패턴의 투과율은 적어도 상기 반차광부의 투과율보다 큰 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 상기 보조패턴의 투과율은 상기 투광부의 투과율과 동일한 정도인 것이 바람직하다.
삭제
본 발명의 포토마스크에서, 투광부는 투광성 기판을 노출시키는 것에 의해 형성되고, 보조패턴은 투광부와의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 제 1 위상시프트막을 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되고, 반차광부는 제 1 위상시프트막과의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 제 2 위상시프트막을 제 1 위상시프트막 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 투광부는 투광성 기판을 노출시킴으로써 형성되고, 보조패턴은 투광부와의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 투광성 기판을 파내려 감으로써 형성되며, 반차광부는 투광부를 기준으로 하여 노광광을 같은 위상으로 투과시키는 반차광막을 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 투광부는 투광성 기판을 노출시킴으로써 형성되 고, 보조패턴은 투광부와의 사이에서 노광광에 대하여 반대 위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 투광성 기판을 파내려 감으로써 형성되며, 반차광부는 투광부를 기준으로 하여 노광광을 같은 위상으로 투과시키는 금속박막을 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크에서, 보조패턴은 투광성 기판을 노출시킴으로써 형성되고, 투광부는 보조패턴과의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 투광성 기판을 파내려 감으로써 형성되며, 반차광부는 보조패턴과의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 위상시프트막을 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것이 바람직하다.
삭제
삭제
본 발명에 의하면, 투광부를 투과하는 광과 보조패턴을 투과하는 광의 상호간섭에 의해, 투광부와 보조패턴 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또, 이 콘트라스트 강조효과는, 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진다. 따라서, 경사입사 노광에 의해, 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 복잡하고 미세한 스페이스 패턴끼리 서로 근접하는 상황에서도 원하는 치수를 갖는 패턴의 형성을 양호하게 행할 수 있다.
또, 본 명세서에서, 노광광에 대하여 투광성을 갖는다는 것은 레지스트를 감광시키는 투과율을 갖는 것을 의미하며, 노광광에 대하여 차광성을 갖는다는 것은 레지스트를 감광시키지 않는 투과율을 갖는 것을 의미한다. 또, 같은 위상이란 (-30 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (30 + 360 ×n)도 이하의 위상차(단, n은 정수)를 의미하며, 반대위상이란 (150 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (210 + 360 ×n)도 이하의 위상차를 의미한다.
(실시예)
(전제사항)
본 발명의 각 실시예를 설명함에 있어서의 전제사항에 대하여 설명한다.
통상, 포토마스크는 축소투영형 노광기에서 사용되기 때문에, 마스크 상의 패턴치수를 의논하는 경우에는 축소배율을 고려해야 한다. 그러나, 이하의 각 실시예를 설명할 때에는 혼란을 피하기 위해 형성하고자 하는 원하는 패턴(예컨대, 레지스트 패턴)과 대응시켜 마스크 상의 패턴치수를 설명하는 경우, 특별히 언급하지 않은 한, 축소배율로 해당 치수를 환산한 값을 이용하고 있다. 구체적으로는 M분의 1 축소투영 시스템에서, 폭 M ×100nm의 마스크패턴에 의해 폭 100nm의 레지스트 패턴을 형성한 경우에도 마스크패턴 폭 및 레지스트 패턴 폭은 모두 100nm라고 표현한다.
또, 본 발명의 각 실시예에서는 특별히 언급하지 않은 한, M 및 NA는 노광기의 축소투영 광학계의 축소배율 및 개구수를 각각 나타내고, λ는 노광광의 파장을 나타내는 것으로 한다.
또, 패턴형성에 대해서는 레지스트의 비감광영역이 레지스트 패턴이 되는 포지티브형 레지스트 프로세스를 상정하여 설명한다. 또, 포지티브형 레지스트 프로 세스 대신에 네거티브형 레지스트 프로세스를 이용하는 경우, 네거티브형 레지스트 프로세스에서는 레지스트의 비감광영역이 제거되므로, 포지티브형 레지스트 프로세스에서의 레지스트 패턴을 스페이스 패턴으로 고쳐 읽으면 된다.
또, 포토마스크로서는 투과형 마스크를 전제로 하여 설명한다. 또, 투과형 마스크 대신에 반사형 마스크를 전제로 하는 경우, 반사형 마스크에서는 투과형 마스크의 투과영역 및 차광영역이 각각 반사영역 및 비반사영역이 되므로, 투과형 마스크의 투과현상을 반사현상으로 고쳐 읽으면 된다. 구체적으로는 투과형 마스크의 투광부 또는 투과성 영역을 반사부 또는 반사영역으로 고쳐 읽고, 차광부를 비반사부로 고쳐 읽으면 된다. 또, 투과형 마스크에서의 광을 부분적으로 투과하는 영역은 광을 부분적으로 반사하는 영역으로 고쳐 읽으면 되고, 투과율은 반사율로 고쳐 읽으면 된다.
(윤곽강조법)
우선, 본 발명을 실현하는 데에 있어서 본원발명자가 고안한, 포토마스크에 의한 해상도 향상방법, 구체적으로는 고립 스페이스 패턴의 해상도를 향상시키기 위한「윤곽강조법」에 대하여 설명한다.
이하, 포지티브형 레지스트 프로세스에 의해 스페이스 패턴을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또, 「윤곽강조법」은 포지티브형 레지스트 프로세스에서의 미소 스페이스 패턴이라면 그 형상에 관계없이 완전히 동일하게 성립되는 원리이다. 또, 「윤곽강조법」은 네거티브형 레지스트 프로세스를 이용하는 경우에도, 포지티브형 레지스트 프로세스에서의 미소 스페이스 패턴(레지스트 제거패턴)을 미 소패턴(레지스트 패턴)으로 치환하여 생각하면 완전히 동일하게 적용할 수 있다.
도 1의 (a)∼(g)는 스페이스 패턴을 형성하기 위한 노광에서 광의 전사상(轉寫像)의 콘트라스트를 강조하기 위한 원리를 설명하는 도면이다.
도 1의 (a)는 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 반차광부에 의해, 스페이스 패턴과 대응하는 개구부(즉, 투광부)가 둘러싸여 이루어지는 포토마스크의 평면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광에서의 선분 AB와 대응하는 진폭강도를 나타낸다.
도 1의 (c)는 도 1의 (a)에 나타내는 개구부의 주변영역에 위상시프터가 배치되고 또한 그 밖의 영역에 완전차광부가 배치되어 이루어지는 포토마스크의 평면도이며, 도 1의 (d)는 도 1의 (c)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광에서의 선분 AB와 대응하는 진폭강도를 나타낸다. 여기에서, 도 1의 (d)에 나타내는 광의 진폭강도는 해당 광이 위상시프터를 투과한 것이기 때문에, 도 1의 (b)에 나타내는 광의 진폭강도에 대하여 반대위상의 관계에 있다.
도 1의 (e)는 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 반차광부에 의해, 스페이스 패턴과 대응하는 개구부 및 그 주변영역에 배치된 위상시프터가 둘러싸여 이루어지는 포토마스크의 평면도이고, 도 1의 (f) 및 (g)는 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광에서의 선분 AB와 대응하는 진폭강도 및 광강도(광의 진폭강도의 제곱)를 나타낸다. 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크는 도 1의 (a)에 나타내는 포토마스크에서의 개구부의 주변영역에 위상시프터가 배치된 포토마스크이다. 여기에서, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크는「윤곽강조법」을 실현하는 본 발명 의 포토마스크(이하, 윤곽강조 마스크라 함)의 일례이다.
또, 도 1의 (a) 또는 (e)에 나타내는 포토마스크에서, 반차광부를 투과하는 광과 개구부를 투과하는 광은 같은 위상(구체적으로는 위상차가 (-30 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (30 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수))이다. 또, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크에서, 위상시프터를 투과하는 광과 개구부를 투과하는 광은 반대 위상(구체적으로는 위상차가 (150 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (210 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수))이다.
도 1의 (e)에 나타내는 윤곽강조 마스크를 투과한 광의 전사상이 강조되는 원리는 다음과 같다. 즉, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크의 구조는 도 1의 (a) 및 (c)에 각각 나타내는 포토마스크를 중첩한 구조로 되어 있다. 따라서, 도 1의 (b), (d), (f)에 나타내는 바와 같이, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광의 진폭강도는 도 1의 (a) 및 (c)에 각각 나타내는 포토마스크를 투과한 광의 진폭강도를 중첩한 것과 같은 분포로 되어 있다. 여기에서, 도 1의 (f)에서 알 수 있는 바와 같이, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크에서, 개구부의 주변에 배치된 위상시프터를 투과한 광은 개구부 및 반차광부를 각각 투과한 광의 일부를 소거할 수 있다. 따라서, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크에서, 위상시프터를 투과하는 광의 강도를 개구부 주변의 광이 소거되도록 조정하면, 도 1의 (g)에 나타내는 바와 같이, 광강도 분포에서 개구부 주변과 대응하는 광강도가 거의 0에 가까운 값까지 감소한 암부를 형성할 수 있다.
또, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크에서, 위상시프터를 투과하는 광은 개 구부 주변의 광을 강하게 소거하는 한편, 개구부 중앙 부근의 광을 약하게 소거한다. 그 결과, 도 1의 (g)에 나타내는 바와 같이, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광에서의, 개구부중앙으로부터 개구부 주변으로 향하여 변화하는 광강도 분포의 프로파일의 경사가 증대되는 효과도 얻어진다. 따라서, 도 1의 (e)에 나타내는 포토마스크를 투과한 광의 강도분포는 가파른 프로파일을 갖게 되므로, 콘트라스트가 높은 상이 형성된다.
이상이 본 발명에서의 광학상(광강도의 상(이미지))을 강조하는 원리이다. 즉, 저투과율의 반차광부에서 형성된 마스크에서의 개구부의 윤곽을 따라 위상시프터를 배치함으로써, 도 1의 (a)에 나타내는 포토마스크에 의해 형성되는 광강도상 내에 개구부의 윤곽선과 대응하는 매우 강한 암부를 형성하는 것이 가능해진다. 이로 인하여, 개구부의 광강도와 개구부 주변의 광강도 사이에서 콘트라스트가 강조된 광강도 분포를 형성할 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 원리에 의해 이미지를 강조하는 방법을「윤곽강조법」이라 칭하는 것과 함께, 이 원리를 실현하는 포토마스크를「윤곽강조 마스크」라 칭한다.
그런데, 종래의 하프톤 위상시프터의 원리(도 32의 (a)∼(g) 참조)와 비교하면, 윤곽강조법은 광강도 분포에서 개구부 주변에 암부가 발생하는 메커니즘면에서 다르다. 도 1의 (f)와 도 32의 (f)의 비교에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 하프톤 위상시프터에서는 진폭강도 분포에서의 암부가 위상경계에 의해 형성된다. 그러나, 윤곽강조법에서는 진폭강도 분포에서의 암부가 동일한 위상에서의 진폭강도의 크기의 주기변화에 의해 실현되고 있다. 또, 종래의 하프톤 위상시프터에서의 위상 경계에 의한 암부는 경사입사 노광에 의해서는 충분히 강조되지 않기 때문에, 종래의 하프톤 위상시프터는 저간섭도의 작은 광원을 이용한 노광과 조합시킬 필요가 있었다. 그러나, 윤곽강조법의 같은 위상에서의 진폭강도의 주기변화에 의해 실현되는 암부는 통상적인 투광부와 차광부가 주기적으로 배치된 통상적인 패턴에 의해 생성되는 암부와 동등하기 때문에, 윤곽강조법과 경사입사 노광을 조합하는 것에 의해 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 즉, 윤곽강조법의 효과는 경사입사 노광과의 조합에 의해 더욱 현저하게 발휘된다.
또, 윤곽강조 마스크에서는 패턴형성시의 레지스트막의 막감소 방지, 또는 레지스트 감도의 최적화 등의 관점에서, 반차광부의 투과율의 최대값을 15% 정도로 해두는 것이 바람직하다. 즉, 윤곽강조 마스크에서, 반차광부의 투과율은 15% 정도 이하인 것이 바람직하다. 또, 반차광부에는 광을 부분적으로 투과시키는 성질이 필요하고, 실질적으로 광을 투과시키는 효과를 충분히 얻고자 하면 반차광부의 투과율은 적어도 3% 이상인 것이 바람직하고, 가능하면 6% 이상인 것이 바람직하다. 따라서, 윤곽강조 마스크에서의 반차광부의 투과율의 최적 범위는 6% 이상이고 또한 15% 이하의 범위라고 할 수 있다.
또, 상기의 윤곽강조법에 대하여 반차광부에 둘러싸인 투광부(개구부)와 반차광부의 경계에 위상시프터가 배치된 구조를 전제로 하여 설명하였지만, 위상시프터는 반드시 해당 경계에 위치할 필요는 없다. 즉, 윤곽강조법의 원리에 의해 투광부를 투과한 광과 간섭 가능한 거리에 위상시프터가 배치되어 있으면, 투광부 주변을 투과한 광을 소거하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 반차광부 내에 설치된 개구 부에 대하여, 예컨대 직사각형상의 개구부의 각 변으로부터 떨어진 위치에 해당 각 변과 평행한 패턴으로서 위상시프터를 배치해도 된다. 단, 윤곽강조법을 효과적으로 이용하기 위해서는, 위상시프터는 개구부로부터의 거리가 광의 간섭이 생기는 거리인 0.5 ×λ/ NA 이하의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 또, 투광부를 둘러싸는 위상시프터의 외측에 충분한 폭(λ/ NA 이상의 폭)을 갖는 반차광부가 설치되어 있으면, 그 반차광부의 외측에 완전차광부가 설치되어 있어도 된다.
이하, 상술한 윤곽강조법의 원리에 기초하여 마스크에 의해 원하는 패턴을 실현하는 각 실시예에 대하여 설명한다.
(제 1 실시예)
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 2의 (a)는 제 1 실시예에 관한 포토마스크의 평면도이다(단, 투과성 기판에 대해서는 사시도 형식으로 나타낸다(이하, 동일)). 본 실시예의 포토마스크는 미세한 콘택트패턴을 형성하기 위한 것이다.
도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(100) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(101)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(101)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 콘택트패턴과 대응하는 위치에는, 투광부(102)가 되는 개구패턴이 설치되어 있다. 또, 투광부(102)의 주변에는 반차광부(101)를 사이에 두고, 위상시프터(103)로 되는 보조패턴이 예컨대 사각형의 투광부(102)의 각 변과 평행하게 설치되어 있다. 즉, 위상시프터(103)가 투광부(102) 를 둘러싸도록 설치되어 있다.
여기에서, 반차광부(101)는 부분적으로 광을 투과시키지만, 반차광부(101)를 투과하는 광과 투광부(102)를 투과하는 광은 같은 위상의 관계(구체적으로는 양자의 위상차가 (-30 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (30 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수)가 되는 관계)에 있다. 또, 반차광부(101)의 투과율은 레지스트를 감광시키지 않을 정도의 저투과율인 것이 바람직하고, 구체적으로는 반차광부(101)의 투과율은 15% 이하이다. 한편, 반차광부(101)에 차광부와 다른 특성을 갖게 하기 위해, 반차광부(101)의 투과율은 적어도 3% 이상인 것이 바람직하고, 6% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 특히, 콘택트홀 형성에서는 반차광부(101)의 최적의 투과율은 9% 전후이다.
한편, 위상시프터(103)는 광을 투과시키지만, 위상시프터(103)를 투과하는 광과, 투광부(102)를 투과하는 광은 반대위상의 관계(구체적으로는 양자의 위상차가 (150 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (210 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수)로 되는 관계)에 있다. 한편, 본 실시예를 포함하여, 후술하는 모든 실시예에서는 특별히 언급하지 않는 한, 위상시프터는 투광부(투과성 기판)와 같은 정도의 투과율을 갖는 것으로 하여 취급하지만, 위상시프터의 투과율은 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 위상시프터에서의, 반대 위상의 광을 투과시킨다는 특성을 이용하기 위해서는 위상시프터의 투과율은 적어도 반차광부의 투과율보다 큰 것이 바람직하다. 또한, 윤곽강조법의 원리를 효율적으로 실현하기 위해서는, 위상시프터의 투과율은 50% 이상인 것이 바람직하다.
또, 도 2의 (a)에 나타내는 포토마스크를 이용한 광학시스템에서의 노광파장 및 개구수를 λ및 NA로 하면 미소 콘택트홀을 형성하는 데에 있어서 가장 바람직한 구성은 후술하는 바와 같이, 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터(103)끼리의 중심선간 거리가 0.8 ×λ/ NA로 되는 구성이다. 바꿔 말하면, 위상시프터(103)의 중심선이 투광부(102)의 중심으로부터 0.4 ×λ/ NA 떨어지도록 위상시프터(103)가 배치되어 있는 것이 적합하다. 또, 위상시프터(103)의 투과율을 투광부(102)의 투과율과 동일하게 설정하는 경우, 위상시프터(103)의 폭을 0.15 ×λ/ NA로 설정하는 것이 적합하다.
한편, 후술하는 모든 실시예에서도 반차광부, 투광부, 위상시프터(보조패턴)의 각각에 대하여 상기의 설명이 성립하는 것으로 한다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 포토마스크가 미세 콘택트홀 형성, 특히 0.4 ×λ/ NA 이하의 치수를 갖는 패턴의 형성에서 우수한 패턴형성특성을 갖는 것을 모의실험 결과에 기초하여 설명한다.
모의실험에서는 도 2의 (a)에 나타내는 포토마스크에서, 투광부(102)의 형상은 한 변이 W인 정사각형이라고 하고, 위상시프터(103)는 폭 d의 직사각형패턴이라고 하고, 또 위상시프터(103)의 중심선은 투광부(102)의 중심으로부터 거리 PW 떨어진 위치에 배치되어 있는 것으로 한다. 즉, 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터(103)끼리의 중심선간 거리는 2 ×PW이다. 또, 백그라운드인 반차광부(101)의 투과율을 9%로 하여, 각종 W, PW, d의 조합에 대하여 광강도 모의실험을 하였다. 여기에서, 모의실험에서의 광학계산의 노광조건은 노광파장 λ가 193nm, 개구수 NA가 0.7이다. 또, 조명조건으로서 외경의 간섭도가 0.8, 내경의 간섭도가 0.53이 되는 2/3 환상조명을 이용했다.
도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행했을 때에 웨이퍼 상(도 2의 (a)의 선분 AB와 대응하는 위치)에 형성되는 광강도 분포를 나타낸다. 도 2의 (b)에 나타내는 광강도 분포는 투광부(102)의 중심과 대응하는 위치에 피크가 형성된 프로파일을 갖는다. 이 때, 투광부(102)의 중심과 대응하는 레지스트를 감광시키기 위해서는 피크강도 Io는 소정값 이상일 필요가 있다. 레지스트를 감광시키기 위해 필요한 피크강도 Io는 레지스트 재료에 의존하지만, 치수가 0.4 ×λ/ NA 이하의 미소 콘택트홀 형성에 필요하게 되는 피크강도 Io는 0.25 정도인 것이 경험적으로 얻어지고 있다. 한편, 본 명세서에서는 특별히 언급하지 않는 한, 광강도를 노광광의 광강도를 1로 했을 때의 상대적인 광강도로 나타낸다.
도 3의 (a)는 도 2의 (a)에 나타내는 포토마스크에서 피크강도 Io가 0.25로 되는 W, PW, d의 조합을 모의실험에 의해 구한 결과를 나타낸다. 구체적으로는, 도 3의 (a)에서, 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터(103)끼리의 중심선간 거리(이하, 간단히 시프터 중심선간 거리라 함) 2 ×PW에 대하여, 피크강도 Io가 0.25로 되는 투광부(102)의 치수 W를 플로트한 결과를 나타낸다. 또, 도 3의 (a)에서는 위상시프터(103)의 폭 d가 20nm, 30nm, 40nm, 50nm, 60nm의 각각의 경우의 2 ×PW와 W의 관계를 나타낸다. 즉, 도 3의 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 모든 조합에 의해 피크강도 Io가 0.25로 되는 광강도 분포가 형성된다. 또, 이들의 조합 중에서 초점심도나 노광마진이 최대로 되는 것이, 우수한 패턴형성특성 을 갖는 마스크구성이 된다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 조합을 갖는 마스크패턴을 이용하여 치수 100nm의 콘택트홀을 형성한 경우의 초점심도의 모의실험 결과를 나타낸다. 도 3의 (b)에서는 횡축에 2 ×PW를 나타내고, d를 파라미터로 하여 초점심도의 값을 종축에 플로트한 결과를 나타낸다. 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 모든 d의 값에 대하여, 2 ×PW가 0.8 ×λ/ NA 정도(= 약 220nm) 부근의 값이 될 때 초점심도가 최대로 된다. 여기에서, 초점심도는 목표치수 100nm의 콘택트홀의 형성에서의 치수변동이 목표치수의 10% 이내에 들어가는 포커스위치 범위의 폭을 나타내는 것이다.
마찬가지로, 도 3의 (c)는 도 3의 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 조합을 갖는 마스크패턴을 이용하여 치수 100nm의 콘택트홀을 형성한 경우의 노광마진의 모의실험 결과를 나타낸다. 도 3의 (c)에서는 횡축에 2 ×PW를 나타내고, d를 파라미터로 하여 노광마진의 값을 종축에 플로트한 결과를 나타낸다. 도 3의 (c)에 나타내는 바와 같이, d의 값에 관계없이 2 ×PW가 0.8 ×λ/ NA 정도(= 약 220nm) 부근의 값이 될 때, 노광마진이 최대로 된다. 여기에서, 노광마진은 목표치수 100nm의 콘택트홀의 형성에서의 치수변동이 목표치수의 10% 이내에 들어가는 노광량 범위의 폭의, 치수 100nm의 콘택트홀을 실현하는 노광량의 값에 대한 비를 % 표시한 것이다.
즉, 도 2의 (a)에 나타내는 포토마스크에서는 위상시프터의 폭 d가 어떠한 값을 가지고 있든, 미세 콘택트패턴을 형성하기 위한 초점심도를 최적화하면, 시프 터 중심선간 거리 2 ×PW는 0.8 ×λ/ NA 정도가 된다. 또, 노광마진을 최적화하더라도 시프터 중심선간 거리 2 ×PW는 0.8 ×λ/ NA 정도가 된다. 여기에서, 시프터 중심선간 거리 2 ×PW의 최적값이 위상시프터 폭 d에 의존하지 않는다는 것은, 해당 최적값이 위상시프터의 투과율에도 의존하지 않는다는 것을 의미한다.
또, 중심선간 거리 2 ×PW가 0.8 ×λ/ NA가 되는 위상시프터에서, 초점심도 및 노광마진이 모두 큰 값이 되는 것은 위상시프터 폭 d가 0.15 ×λ/ NA 정도(40nm)일 때이다. 이상의 결과에서, 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루도록 위상시프터(103)를 배치하고, 그 위상시프터(103)의 폭을 0.15 ×λ/ NA로 하고 또한 시프터 중심선간 거리를 0.8 ×λ/ NA로 한 마스크구성이 미세 콘택트홀 형성에 우수한 것을 알 수 있다.
또, 최적의 구성은 상기의 구성이지만, 도 3의 (b) 및 (c)의 그래프를 상세히 보면 위상시프터 폭 d에 대해서는 0.05 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.2 ×λ/ NA 이하이면 높은 초점심도와 높은 노광마진을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 시프터 중심선간 거리에 대해서는 0.6 ×λ/ NA 이상이고 또한 λ/ NA 이하(위상시프터의 중심선과 투광부의 중심 사이의 거리에 대해서는 0.3 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.5 ×λ/ NA 이하)이면, 높은 초점심도와 높은 노광마진을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 초점심도 및 노광마진으로서, 각각 특별히 극대값에 가까운 값을 얻고자 하면, 위상시프터 폭에 대해서는 0.1 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.15 ×λ/ NA 이하인 구성이 바람직하다. 또, 시프터 중심선간 거리에 대해서는 0.73 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.87 ×λ/ NA 이하(위상시프터의 중심선과 투광부의 중심 사이의 거리에 대해서는 0.365 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.435 ×λ/ NA 이하)인 구성이 바람직하다.
그런데, 도 3의 (b) 및 (c)에 나타내는 결과는 개구수 NA가 0.7인 경우의 일례에 불과하지만, 개구수 NA가 0.6 및 0.8의 각각인 경우에 동일한 모의실험을 행한 결과를 도 4의 (a)∼(d)에 나타낸다. 여기에서, 도 4의 (a) 및 (b)는 NA = 0.6인 경우의 결과로서, 양 도면에 나타내는 바와 같이, 2 ×PW가 0.8 ×λ/ NA 정도(약 250nm) 부근일 때에, 초점심도도 노광마진도 최대값이 된다. 또, 도 4의 (c) 및 (d)는 NA = 0.8인 경우의 결과로서, 양 도면에 나타내는 바와 같이, 2 ×PW가 0.8 ×λ/ NA 정도(약 190nm) 부근일 때에, 초점심도도 노광마진도 최대값이 된다. 즉, 상술한 최적의 마스크구성은 개구수 NA의 값에 의존하는 것은 아니다.
또, 도 3의 (b) 및 (c)에 나타내는 결과는 반차광부의 투과율이 9%인 경우의 것이었지만, 반차광부의 투과율이 6%인 경우에 동일한 모의실험을 행한 결과를 도 4의 (e) 및 (f)에 나타낸다. 도 4의 (e) 및 (f)에 나타내는 바와 같이, 반차광부의 투과율이 9%인 경우와 마찬가지로, 2 ×PW가 0.8 ×λ/ NA 정도(약 250nm) 부근일 때에, 초점심도도 노광마진도 최대값이 된다. 즉, 상술한 최적의 마스크 구성은 반차광부의 투과율에 의존하는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 노광파장을 λ, 노광시스템에서의 개구수를 NA로 한 경우, 반차광부에 투광부가 되는 개구부를 설치하고, 해당 개구부를 둘러싸는 위상시프터의 폭 d를 0.15 ×λ/ NA로 하며, 또한 해당 위상시프터를 그 중심선이 투광부의 중심으로부터 0.4 ×λ/ NA 떨어지도록 배치한 구성에 의해, 초점심도 및 노광마진이 모두 최대가 되는 미세 콘택트패턴의 형성을 가능하게 하는 포토마스크가 실현된다. 단, 본 실시예에서는 위상시프터의 투과율이 투광부의 투과율과 동일한 것을 전제로 하여, 위상시프터 폭 d의 최적값을 0.15 ×λ/ NA로 하였지만, 위상시프터의 투과율이 투광부의 투과율과 다른 경우, 즉 위상시프터(보조패턴)의 투광부에 대한 실효적인 상대투과율이 1이 아닌 경우, 동등한 투과성이 실현되도록 상대투과율에 따라 위상시프터 폭을 변화시키면 된다. 즉, 예컨대 상대투과율을 T라고 하면, 위상시프터 폭 d를(0.15 ×λ) / (NA ×T0.5)로 설정하는 것이 적합하다. 단, 투광부의 중심으로부터 위상시프터의 중심선까지의 거리의 최적값은 위상시프터의 투과율이나 폭에 관계없이 0.4 ×λ/ NA이다.
또, 위상시프터 폭 d는 (0.05 ×λ) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.2 ×λ) / (NA ×T0.5) 이하인 것이 바람직하고, (0.1 ×λ) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.15 ×λ) / (NA ×T0.5) 이하인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이, 본 실시예에서, 윤곽강조법에 기초하여 보조패턴으로서 배치되는 위상시프터의 최적위치(중심선의 최적위치)는 투광부의 중심에서 보아 노광광의 파장 λ 이하의 값이 된다. 따라서, 투광부의 중심으로부터 파장 λ이상 떨어진 위치에 보조패턴을 작성할 필요가 있었던 종래예와는 달리, 윤곽강조법의 이용에 의해, 조밀하게 배치된 투광부(콘택트패턴과 대응)끼리의 사이에도 보조패턴을 배치할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 본 실시예에 의하면, 투광부(102)를 투과하는 광과, 위상시프터(103), 즉 보조패턴을 투과하는 광의 상호간섭에 의해, 투광부(102)와 보조패턴 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또, 이 콘트라스트 강조효과는, 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부(102)와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진다. 따라서, 경사입사 노광에 의해 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 복잡하고 또한 미세한 스페이스 패턴끼리 서로 근접하는 상황에서도 원하는 치수를 갖는 패턴을 양호하게 형성할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투광부(102)를 사각형으로 하고, 투광부(102)의 주변에 직사각형(라인형상 패턴)의 위상시프터(103)를 투광부(102)의 각 변에 평행하게 형성하였다. 그러나, 위상시프터(103)의 형상으로서, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투광부(102) 전체를 둘러싸는 폐루프 형상을 이용해도 된다. 이 경우도, 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터부분끼리의 중심선간 거리(이하, 위상시프터부분끼리의 중심선간 거리도 시프터 중심선간 거리라 함) 2 × PW와, 위상시프터 폭 d가 상기의 패턴형성 특성이 우수한 구성이면 된다.
또, 본 실시예에서, 투광부(102)는 반드시 사각형일 필요는 없고, 예컨대 도 5의 (b) 또는 (c)에 나타내는 바와 같이, 다각형이나 원형의 투광부(102)를 이용해도 된다. 또한, 투광부(102)를 둘러싸는 위상시프터(103)도 투광부(102)를 닮은 형상일 필요는 없고, 시프터 중심선간 거리가 상기의 구성이기만 하면 된다. 또한, 위상시프터(103)를 복수개로 나누어 배치하는 경우에도, 예컨대 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 각 위상시프터(103)를 투광부(102)의 각 변에 평행하게 배치할 필요는 없고, 이 경우도 시프터 중심선간 거리가 상기의 구성이 되도록, 각 위상시프터(103)가 투광부(102)를 둘러싸고 있으면 된다. 또, 투광부(102)와 위상시프터(103) 사이에는 반차광부(101)가 개재되어 있는 것이 바람직하지만, 시프터 중심선간 거리가 상기의 구성으로 되어 있는 것이면, 예컨대 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 투광부(102)와 위상시프터(103)가 접하고 있어도 된다. 단, 이상에서 설명한 어떤 유형의 마스크구성이더라도 위상시프터(103)가 되는 보조패턴의 중심선이 투광부(102)의 중심으로부터 0.4 ×λ/ NA 떨어져 위치하는 구성이 적합하므로, 미소 콘택트패턴 형성에 바람직한 투광부(102)는 항상 한 변이 0.8 ×λ/ NA의 사각형보다 작은 것으로 된다.
다음에, 본 실시예의 포토마스크의 단면구조에 대하여 설명한다. 도 6의 (a)∼(d)는 각각 도 2의 (a)에서의 AB선의 단면구성의 변형예를 나타낸다. 즉, 도 6의 (a)∼(d)에 나타내는 바와 같이, 투광부(102)와, 차광패턴인 반차광부(101)와, 보조패턴인 위상시프터(103)로 이루어지는 평면구성을 갖는 포토마스크의 단면구성으로서는 4개의 기본유형이 있다. 이하, 도 6의 (a)∼(d)에 나타내는 기본유형의 포토마스크의 구조에 대하여 설명한다.
우선, 도 6의 (a)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는, 예컨대 석영으로 이루어지는 투과성 기판(100) 상에 투광부(102)와의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차(즉, (150 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (210 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수)의 위상차)를 생기게 하는 제 1 위상시프트막(104)이 형성되어 있다. 이하, 반대위상의 위상차를 생기게 하는 것은 (150 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (210 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수)의 위상차를 생기게 하는 것을 의미하는 것으로 한다. 또, 제 1 위상시프트막(104) 상에 제 1 위상시프트막(104)과의 사이에서 반대위상의 위상차를 생기게 하는 제 2 위상시프트막(105)이 형성되어 있다. 여기에서, 제 1 및 제 2 위상시프트막(104, 105)에서의 투광부 형성영역에는 각각 개구부가 설치되어 있는 것과 함께, 제 2 위상시프트막(105)에서의 위상시프터 형성영역에는 개구부가 설치되어 있다. 이것에 의해, 제 2 위상시프트막(105)과 제 1 위상시프트막(104)의 적층구조로 이루어지는 반차광부(101)가 형성되는 것과 함께, 제 1 위상시프트막(104)의 단층구조로 이루어지는 위상시프터(103)가 형성된다. 또, 투과성 기판(100)의 노출부분에 의해 투광부(102)가 형성된다.
다음에, 도 6의 (b)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는, 예컨대 석영으로 이루어지는 투과성 기판(100) 상에 투광부(102)와의 사이에서 노광광에 대하여 같은 위상의 위상차(즉, (-30 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (30 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수)의 위상차)를 생기게 하는 반차광막(106)이 형성되어 있다. 이하, 같은 위상의 위상차를 생기게 한다는 것은 (-30 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (30 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수)의 위상차를 생기게 하는 것을 의미하는 것으로 한다. 여기에서, 반차광막(106)에서의 투광부 형성영역 및 위상시프터 형성영역에 각각 개구부가 설치되어 있다. 또, 투과성 기판(100)에서의 위상시프터 형성영역은 투광부(102)와의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 두께 만큼 파내려가 있다. 이로 인하여, 투과성 기판(100)의 굴착부(100a)로 이루어지는 위상시프터(103)가 형성된다. 즉, 도 6의 (b)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는 석영 상에 형성되어 있고 또한 투광부(102)와의 사이에서 거의 위상차를 생기게 하지 않는 반차광막(106)을 가공함으로써, 해당 반차광막(106)의 형성영역에 의해 반차광부(101)가 형성되며, 반차광막(106)의 개구부가 설치되고 또한 투과성 기판(100)의 굴착부(100a)가 설치된 영역에 의해 위상시프터(103)가 형성되고, 반차광막(106)의 그 밖의 개구부(즉, 투과성 기판(100)의 노출부분)에 의해 투광부(102)가 형성되어 있다.
다음에, 도 6의 (c)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는, 예컨대 석영으로 이루어지는 투과성 기판(100) 상에 투광부(102)를 기준으로 하여 노광광의 위상을 거의 변화시키지 않는 박막(107)이 형성되어 있다. 즉, 도 6의 (c)에 나타내는 유형의 포토마스크는 도 6의 (b)에 나타내는 유형의 포토마스크 중 특별한 것이다. 구체적으로는, 예컨대 두께 30nm 이하의 금속박막을 사용함으로써, 투광부(102)에 대하여, (-30 + 360 ×n)도 이상이고 또한 (30 + 360 ×n)도 이하(단, n은 정수)의 위상차를 생기게 하고 또한 15% 이하의 투과율을 갖는 박막(107)을 실현할 수 있다. 여기에서, 박막(107)에서의 투광부 형성영역 및 위상시프터 형성영역에 각각 개구부가 설치되어 있다. 또한, 투과성 기판(100)에서의 위상시프터 형성영역은 투광부(102)와의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 파내려가 있다. 이로 인하여, 도 6의 (b)에 나타내는 유형의 포토마스크와 마찬가지로, 투과성 기판(100)의 굴착부(100a)로 이루어지는 위상시프터(103)가 형성된 다.
그런데, 도 6의 (a) 또는 (b)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는 반대 위상의 위상차를 생기게 하는 위상시프트막의 막두께나 같은 위상의 위상차를 생기게 하는 반차광막의 막두께는 위상을 조정하기 위해 수백 nm 정도 필요하다. 이에 대하여, 도 6의 (c)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는 기껏 수십 nm 정도의 두께의 박막(107)을 이용하기 때문에, 마스크를 가공하기 위한 패터닝에서의 미세가공이 용이해진다. 여기에서, 박막(107)으로서 사용할 수 있는 금속재료로서는, 예컨대 Cr(크롬), Ta(탄탈), Zr(지르코늄), M0(몰리브덴) 및 Ti(티탄) 등의 금속 및 그들의 합금이 있다. 또, 구체적인 합금으로서는 Ta-cr 합금, Zr-Si 합금, M0-Si 합금 및 Ti-Si 합금 등이 있다. 도 6의 (c)에 나타내는 유형의 포토마스크에 의하면, 가공대상이 되는 막이 박막(107)이기 때문에, 마스크가공에서의 미세가공이 용이하게 되므로, 윤곽강조법을 실현하기 위해 투광부(102)와 위상시프터(103) 사이에 매우 미세한 패턴을 설치할 필요가 있는 경우, 도 6의 (c)에 나타내는 유형의 포토마스크는 특히 우수한 마스크가 된다.
마지막으로, 도 6의 (d)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는, 예컨대 석영으로 이루어지는 투과성 기판(100) 상에 위상시프터(103)와의 사이에서 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 위상시프트막(108)이 형성되어 있다. 여기에서, 위상시프트막(108)에서의 투광부 형성영역 및 위상시프터 형성영역에 각각 개구부가 설치되어 있다. 또, 투광부(102)를 투과하는 광의 위상과 반차광부(101)를 투과하는 광의 위상을 동일하게 하기 위해, 투과성 기판(100)에서의 투광부 형 성영역은, 위상시프터(103)와의 사이에서 반대 위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 파내려가 있다. 즉, 도 6의 (d)에 나타내는 유형의 포토마스크에서는 투과성 기판(100)이 되는 석영과, 반대 위상의 위상차를 생기게 하는 위상시프트막(108)을 각각 가공함으로써, 위상시프트막(108)의 형성영역에 의해 반차광부(101)가 형성되고, 위상시프트막(108)의 개구부가 설치되고 또한 투과성 기판(100)의 굴착부(100a)가 설치된 영역에 의해 투광부(102)가 형성되며, 단지 위상시프트막(108)의 개구부(즉, 투과성 기판(100)의 노출부분)가 설치된 영역에 의해 위상시프터(103)가 형성되어 있다. 도 6의 (d)에 나타내는 유형의 포토마스크에 의하면, 마스크 상에서 미소패턴이 되는 위상시프터(103)가 위상시프트막(108)의 단순한 개구부이고, 비교적 넓은 개구부인 투광부(102)가 석영의 에칭영역이다. 이 때문에, 석영 에칭에서의 깊이제어 등이 용이하게 되므로, 도 6의 (d)에 나타내는 유형의 포토마스크는 윤곽강조법을 실현하는 마스크구조로서 특히 우수한 것이다.
한편, 도 6의 (a)∼(d)에서, 반차광막 및 위상시프트막 등을 단층막으로서 도시하였지만, 각각의 막이 다층막으로 구성되어 있어도 되는 것은 물론이다.
(제 1 실시예의 변형예)
이하, 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 7의 (a)는 제 1 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도이다. 본 변형예의 포토마스크는 미세한 스페이스 패턴을 형성하기 위한 것이다. 즉, 본 변형 예가 제 1 실시예와 다른 점은, 원하는 패턴이 콘택트홀 패턴이 아니라, 라인형상의 미세한 스페이스 패턴인 것이다. 또, 본 명세서에서, 라인형상 패턴이란 패턴의 장변방향이 광학적으로 충분히 긴 패턴을 의미하고, 구체적으로는 장변방향의 길이가 2 ×λ/ NA 이상인 패턴을 의미한다.
도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(100) 상에는 도 2의 (a)에 나타내는 제 1 실시예에 관한 포토마스크와 마찬가지로, 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(101)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(101)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 스페이스 패턴과 대응하는 위치에는, 투광부(102)가 되는 개구패턴이 설치되어 있다. 또, 투광부(102)의 주변에는 반차광부(101)를 사이에 두고, 위상시프터(103)가 되는 보조패턴이, 예컨대 라인형상의 투광부(102)의 각 장변과 평행하게 설치되어 있다. 즉, 위상시프터(103)가 투광부(102)를 사이에 놓이도록 설치되어 있다. 여기에서, 본 변형예의 반차광부(101)의 투과율은 예컨대 6%라고 한다. 즉, 라인형상의 스페이스 패턴을 형성하는 경우, 콘택트홀 패턴을 형성하는 경우에 비해, 투광부(102)를 투과하는 광이 많아지므로, 반차광부(101)의 바람직한 투과율은 콘택트홀 패턴을 형성하는 경우에 비해 낮은 값이 되고, 6% 정도의 투과율이 최적의 투과율이 된다.
도 7의 (a)에 나타내는 포토마스크를 이용한 광학시스템에서의 노광파장 및 개구수를 λ및 NA로 하면, 미소 스페이스 패턴을 형성하는 데에 있어서 가장 바람직한 구성은 후술하는 바와 같이, 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터(103)끼리의 중심선간 거리가 0.65 ×λ/ NA가 되는 구성이다. 바꿔 말하면, 위상시프터(103)의 중심선이 투광부(102)의 중심으로부터 0.325 ×λ/ NA 떨어지도록 위상시프터(103)가 배치되어 있는 것이 적합하다. 또, 위상시프터(103)의 투과율을 투광부(102)의 투과율과 동일하게 설정하는 경우, 위상시프터(103)의 폭을 0.10 ×λ/ NA로 설정하는 것이 적합하다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 포토마스크가 미세 스페이스 패턴형성, 특히 0.4 ×λ/ NA 이하의 폭을 갖는 라인형상의 스페이스 패턴의 형성에서 우수한 패턴형성특성을 갖는 것을 제 1 실시예와 마찬가지로 모의실험 결과에 기초하여 설명한다.
모의실험에서는 도 7의 (a)에 나타내는 포토마스크에서, 투광부(102)는 폭이 W인 라인형상 패턴이라고 하고, 투광부(102)의 각 장변에 대하여 평행한 위상시프터(103)는 폭 d의 직사각형패턴(라인형상 패턴)이라고 하고, 또 위상시프터(103)의 중심선은 투광부(102)의 중심으로부터 거리 PW 떨어진 위치에 배치되어 있는 것으로 한다. 즉, 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터(103)끼리의 중심선간 거리는 2 ×PW이다. 또, 백그라운드인 반차광부(101)의 투과율을 6%로 하고, 각종 W, PW, d의 조합에 대하여 광강도 모의실험을 행하였다. 여기에서, 모의실험에서의 광학계산의 노광조건은 노광파장 λ이 193nm, 개구수 NA가 0.7이다. 또, 조명조건으로서, 외경의 간섭도가 0.8, 내경의 간섭도가 0.53이 되는 2/3 환상조명을 이용했다.
도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행했을 때에 웨이퍼 상(도 7의 (a)의 선분 AB와 대응하는 위치)에 형성되는 광강도 분포를 나타낸다. 도 7의 (b)에 나타내는 광강도 분포는 투광부(102)의 중심과 대응하는 위치에 피크가 형성된 프로파일을 갖는다. 이 때, 투광부(102)의 중심과 대응하는 레지스트를 감광시키기 위해서는, 피크강도 Io는 소정값 이상일 필요가 있다. 레지스트를 감광시키기 위해 필요하게 되는 피크강도 Io는 레지스트재료에 의존하지만, 폭이 0.4 ×λ/ NA 이하의 미소 스페이스 패턴형성에 필요하게 되는 피크강도 Io는 0.25 정도인 것이 경험적으로 얻어지고 있다.
본 변형예의 포토마스크에 대하여 제 1 실시예에서의 도 3의 (a)∼(c)와 동일한 해석을 한 결과를 도 8의 (a)∼(c)에 나타낸다.
즉, 도 8의 (a)는 도 7의 (a)에 나타내는 포토마스크에서 피크강도 Io가 0.25로 되는 W, PW, d의 조합을 모의실험에 의해 구한 결과를 나타낸다. 구체적으로는, 도 8의 (a)에서, 시프터 중심선간 거리 2 ×PW에 대하여, 피크강도 Io가 0.25로 되는 투광부(102)의 폭 W를 플로트한 결과를 나타낸다. 또, 도 8의 (a)에서는 위상시프터(103)의 폭 d가 20nm, 30nm, 40nm, 50nm의 각각인 경우의 2 ×PW와 W의 관계를 나타낸다. 즉, 도 8의 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 모든 조합에 의해, 피크강도 Io가 0.25로 되는 광강도 분포가 형성된다. 또, 이들의 조합 중에서 초점심도나 노광마진이 최대가 되는 것이, 우수난 패턴형성특성을 갖는 마스크구성이 된다.
도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 조합을 갖는 포토마스크를 이용하여 폭 100nm의 스페이스 패턴을 형성한 경우의 초점심도의 모의실험 결과를 나타낸다. 도 8의 (b)에서는 횡축에 2 ×PW를 나타내고, d를 파라미터로 하여 초점심도의 값을 종축에 플로트한 결과를 나타낸다.
마찬가지로, 도 8의 (c)는 도 8의 (a)의 그래프에 나타내는 PW, W, d의 조합을 갖는 마스크패턴을 이용하여, 폭 100nm의 스페이스 패턴을 형성한 경우의 노광마진의 모의실험 결과를 나타낸다. 도 8의 (c)에서는 횡축에 2 ×PW를 나타내고, d를 파라미터로 하여 노광마진의 값을 종축에 플로트한 결과를 나타낸다.
도 8의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 위상시프터 폭 d의 값에 관계없이 시프터 중심선간 거리인 2 ×PW가 0.65 ×λ/ NA 정도(=약 180nm) 부근의 값이 될 때 초점심도 및 노광마진이 모두 거의 최대로 되어 있다. 여기에서, 시프터 중심선간 거리 2 ×PW의 최적값이 위상시프터 폭 d에 의존하지 않는다는 것은, 해당 최적값이 위상시프터의 투과율에도 의존하지 않는다는 것을 의미한다.
또, 중심선간 거리 2 ×PW가 0.65 ×λ/ NA 정도로 되는 위상시프터에서, 초점심도 및 노광마진이 모두 충분히 높은 값으로 되는 것은 위상시프터 폭 d가 0.10 ×λ/ NA 정도(30nm)일 때이다.
이상의 결과에서 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루도록 위상시프터(103)를 배치하고, 그 위상시프터(103)의 폭을 0.10 ×λ/ NA로 하며, 또한 시프터 중심선간 거리를 0.65 ×λ/ NA로 한 마스크구성이 미세 스페이스 패턴형성에 우수한 것을 알 수 있다. 한편, 본 변형예가 제 1 실시예와 다른 점은 본 변형예에서는 투광부(102)의 형상이 라인형상으로 되어 있기 때문에, 광의 간섭효과가 커지고, 그것에 의해 위상시프터(103)의 최적위치가 투광부(102)의 중심에 가까워져 있는 것이다.
또, 최적의 구성은 상기의 구성이지만, 도 8의 (b) 및 (c)의 그래프를 상세히 보면, 제 1 실시예와 마찬가지로, 위상시프터 폭에 대해서는 0.05 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.2 ×λ/ NA 이하이면 높은 초점심도와 높은 노광마진이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또, 시프터 중심선간 거리에 대해서는 0.5 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.9 ×λ/ NA 이하(위상시프터의 중심선과 투광부의 중심 사이의 거리에 대해서는 0.25 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.45 ×λ/ NA 이하)이면 높은 초점심도와 높은 노광마진이 얻어지는 것을 알 수 있다. 또, 초점심도 및 노광마진으로서, 각각 특히 극대값에 가까운 값을 얻고자 하면 위상시프터 폭에 대해서는 0.1 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.15 ×λ/ NA 이하인 구성이 바람직하다. 또, 시프터 중심선간 거리에 대해서는 0.55 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.85 ×λ/ NA 이하(위상시프터의 중심선과 투광부의 중심 사이의 거리에 대해서는 0.275 ×λ/ NA 이상이고 또한 0.425 ×λ/ NA 이하)인 구성이 바람직하다.
또, 도 8의 (b) 및 (c)에 나타내는 결과는 개구수 NA가 0.7인 경우의 일례에 불과하지만, 개구수 NA가 0.6 및 0.8의 각각인 경우에 동일한 모의실험을 행한 결과, 상술한 최적의 마스크구성은 개구수 NA의 값에 의존하지 않는 것을 확인하였다.
또, 본 변형예에서는 위상시프터의 투과율이 투광부의 투과율과 동일한 것을 전제로 하여, 위상시프터 폭 d의 최적값을 0.10 ×λ/ NA로 하였지만, 위상시프터의 투과율이 투광부의 투과율과 다른 경우, 즉 위상시프터(보조패턴)의 투광부에 대한 실효적인 상대투과율이 1이 아닌 경우, 동등한 투과성이 실현되도록 상대투과 율에 따라 위상시프터 폭을 변화시키면 된다. 즉, 예컨대 상대투과율을 T라고 하면, 위상시프터 폭 d를(0.10 ×λ) / (NA ×T0.5)로 설정하는 것이 바람직하다. 단, 투광부의 중심으로부터 위상시프터의 중심선까지의 거리의 최적값은 위상시프터의 투과율이나 폭에 관계없이 0.325 ×λ/ NA이다.
또, 위상시프터 폭 d는 (0.05 ×λ) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.2 ×λ) / (NA ×T0.5) 이하인 것이 바람직하고, (0.1 ×λ) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.15 ×λ) / (NA ×T0.5) 이하인 것이 더욱 바람직하다.
이와 같이, 본 변형예에서, 윤곽강조법에 기초하여 보조패턴으로서 배치되는 위상시프터의 최적위치(중심선의 최적위치)는 투광부의 중심에서 보아 노광광의 파장 λ이하의 값이 된다. 따라서, 투광부의 중심으로부터 파장 λ 이상 떨어진 위치에 보조패턴을 작성할 필요가 있었던 종래예와는 달리, 윤곽강조법의 이용에 의해, 조밀하게 배치된 투광부(스페이스 패턴과 대응) 끼리의 사이에도 보조패턴을 배치할 수 있는 것을 알 수 있다.
즉, 본 변형예에 의하면, 투광부(102)를 투과하는 광과 위상시프터(103) 즉 보조패턴을 투과하는 광의 상호간섭에 의해, 투광부(102)와 보조패턴 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또, 이 콘트라스트 강조효과는, 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부(102)와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진다. 따라서, 경사입사 노광에 의해 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 복잡하고 미세한 스페이스 패턴끼리 서로 근접하는 상황에서도 원하는 치수를 갖는 패턴을 양호하게 형성할 수 있다.
또, 본 변형예에서, 위상시프터(103)를 투광부(102)에 대하여 평행하게 배치하였다. 그러나, 반드시 위상시프터(103)를 투광부(102)에 대하여 완전히 평행하게 배치할 필요는 없다. 즉, 원하는 패턴이, 예컨대 단순한 직사각형 패턴이더라도, 포토마스크 상에서는 상기 원하는 패턴을 얻기 위한 투광부의 패턴폭을 미소한 길이단위로 변화시키거나 하는 경우가 있다. 이러한 경우, 투광부의 윤곽의 변화에 완전하게 따르도록 위상시프터를 설치할 필요는 없다. 즉, 위상시프터(103)는 투광부(102)에 대하여 개략적으로 평행하게 배치되어 있으면 된다. 단, 시프터 중심선간 거리, 즉 투광부(102)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터(103)끼리의 중심선간 거리의 최적값이 0.65 ×λ/ NA이기 때문에, 미소 스페이스 패턴형성에 바람직한 투광부(102)는 항상 폭이 0.65 ×λ/ NA보다 작은 라인패턴이 된다.
(제 2 실시예)
이하, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 9는 제 2 실시예에 관한 포토마스크의 평면도이다. 본 실시예의 포토마스크는 복수의 미세한 콘택트패턴을 동시에 형성하기 위한 것이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(200) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(201)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(201)에서의, 노광에 의해 웨 이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 콘택트패턴(복수)과 대응하는 위치에는 투광부(202), 투광부쌍(203, 204) 및 투광부쌍(205, 206)의 각각이 되는 개구패턴이 설치되어 있다. 여기에서, 투광부(202)는 고립하여 배치되는 콘택트패턴과 대응하는 개구패턴이고, 투광부(203, 205)는 각각 근접하는 다른 콘택트패턴이 존재하는 콘택트패턴과 대응하는 개구패턴이다. 또, 투광부(202)의 주변에는 반차광부(201)를 사이에 두고, 위상시프터(207)가 되는 보조패턴이, 예컨대 사각형의 투광부(202)의 각 변과 평행하게 상기 투광부(202)를 둘러싸도록 설치되어 있다. 마찬가지로, 각 투광부(203∼206)의 주변에는 각각 반차광부(201)를 사이에 두고, 위상시프터(208∼211)가 되는 보조패턴이, 예컨대 사각형의 각 투광부(203∼206)의 각 변과 평행하게 상기 각 투광부(203∼206)를 둘러싸도록 설치되어 있다.
또, 투광부(202)의 주변의 위상시프터(207)는 고립배치된 콘택트패턴의 형성에 우수한 마스크구성이 되도록 배치되어 있는 것으로 하여, 위상시프터(207)의 폭을 d0으로 한다.
또, 투광부(203)에는 다른 투광부(204)가 근접하고 있다. 이 때, 투광부(203)의 주변의 위상시프터(208) 및 투광부(204)의 주변의 위상시프터(209)중, 투광부(203)와 투광부(204)에 의해 사이에 놓여진 영역에 존재하는 위상시프터를 위상시프터(208a) 및 위상시프터(209a)로 한다. 또, 투광부(205)에는 다른 투광부(206)가 근접하고 있다. 이 때, 투광부(205)의 주변의 위상시프터(210) 및 투광부(206)의 주변의 위상시프터(211) 중, 투광부(205)와 투광부(206)에 의해 사이에 놓여진 영역에 존재하는 위상시프터를 위상시프터(210a) 및 위상시프터(211a)로 한다.
본 실시예의 특징은 위상시프터(208a, 209a)의 폭을 각각 d1 및 d2로 하고, 위상시프터(208a, 209a)의 각각의 중심선간 거리를 G1로 했을 때에, G1이 0.5 ×λ/ NA 이하가 되는 조건에서, (d1 + d2) < 2 ×d0이 되는 마스크구성을 갖는 것이다. 즉, d1 = d2로 하면 d1 < d0, d2 < d0이다. 여기에서, 투광부(203)를 둘러싸는 위상시프터(208) 중, 근접하는 다른 투광부(204)가 존재하지 않는 쪽에 배치된 위상시프터(208b)의 폭은 d0으로 설정되어 있다.
또, 본 실시예의 특징은 위상시프터(210a, 211a)의 폭을 각각 d3 및 d4로 하고, 위상시프터(210a, 211a)의 각각의 중심선간 거리를 G2로 했을 때에, G2 < G1 < 0.5 ×λ/ NA의 조건에서, (d3 + d4) < (d1 + d2) < 2 ×d0이 되는 마스크구성을 갖는 것이다. 즉, d3 = d4, d1 = d2로 하면, d3 = d4 < d1 = d2 < d0이다. 여기에서, 투광부(205)를 둘러싸는 위상시프터(210) 중, 근접하는 다른 투광부(206)가 존재하지 않은 쪽에 배치된 위상시프터(210b)의 폭은 d0으로 설정되어 있다.
즉, 본 실시예에서는 어떤 투광부의 주변을 둘러싸는 위상시프터와, 다른 투광부의 주변을 둘러싸는 위상시프터 사이의 관계에서, 양 투광부의 위상시프터끼리 소정의 치수 이하의 간격으로 이웃하여 근접하는 경우에는, 각 위상시프터의 폭을 소정의 치수 이하의 간격으로 이웃하여 근접하는 위상시프터가 존재하지 않는 위상시프터의 폭보다 작게 한다. 이 때, 소정의 치수 이하의 간격으로 이웃하여 근접하는 위상시프터의 각각의 폭을 위상시프터간 거리(근접거리)에 비례시키는 것이 바 람직하다. 또는, 도 9의 경우에서, 위상시프터(208a)의 폭 d1(또는 위상시프터(209a)의 폭 d2)과, 위상시프터(210a)의 폭 d3(또는 위상시프터(211a)의 폭 d4)의 차를 거리 G1과 거리 G2의 차에 비례시키는 것이 바람직하다.
본 실시예에 의하면, 각 투광부를 투과하는 광과, 그 주변의 위상시프터, 즉, 보조패턴을 투과하는 광과의 상호간섭에 의해 투광부와 보조패턴 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또, 이 콘트라스트 강조효과는, 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진다. 따라서, 경사입사 노광에 의해, 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 복잡하고 미세한 스페이스 패턴끼리 서로 근접하는 상황에서도 원하는 치수를 갖는 패턴을 양호하게 형성할 수 있다.
이하, 본 실시예의 포토마스크에 의해, 고립배치된 콘택트홀과 밀집배치된 콘택트홀을 양호하게 형성할 수 있는 것을 모의실험 결과에 기초하여 상술한다.
도 10의 (a)는 본 실시예의 효과를 확인하기 위한 모의실험에 이용한 포토마스크의 평면도이다. 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(250) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(251)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(251)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 콘택트패턴(복수)과 대응하는 위치에는, 한 변이 W인 정사각형상을 갖는 복수의 투광부(252)가 서로 이웃하도록 설치되어 있다. 또, 각 투광부(252)에 대하여, 각 투광부(252)의 중심으로부터 PW0의 거리에 중심선이 위치하도록 위상시프터(보조패턴)(253)가 배치되어 있 다. 여기에서, 각 위상시프터(253)는 폭 d, 길이 t의 직사각형상을 갖는다. 또, 서로 이웃하는 투광부(252)끼리의 사이에서 서로 이웃하여 근접하는 위상시프터(253)의 각각의 중심선간 거리(이하, 인접시프터간 거리)를 G로 한다.
도 10의 (b)는 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행함으로써 형성되는 광강도 분포의 프로파일을 나타낸다. 또, 도 10의 (b)에서, 투광부(252)의 중심에서의 광강도를 Ip로 나타내고, 이웃하는 투광부(252)끼리 사이의 중간위치에서의 광강도를 Is로 나타내며, 투광부(252)의 주변에서 광강도가 최소가 되는 위치에서의 광강도를 Ib로 나타낸다. 여기에서, 이웃하는 투광부(252)끼리의 사이의 중간위치는 이웃하는 위상시프터(253)끼리의 사이의 중간위치이다. 또, 광강도 모의실험의 조건은 노광파장 λ가 193nm, 개구수 NA가 0.65이다. 또, 조명조건으로서, 외경의 간섭도가 0.8, 내경의 간섭도가 0.53이 되는 2/3 환상조명을 이용하였다. 또, 반차광부(201)의 투과율은 6%로 하였다.
또, 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에서는 각 콘택트패턴이 고립상태에서도 양호하게 형성되도록 위상시프터(253)의 폭 d를 0.15 ×λ/ NA 정도(약 44nm)로 설정하고, 위상시프터(253)의 투광부(252)에 대한 위치 PW0를 0.4 ×λ/ NA 정도(약 120nm)로 설정한다. 또, 콘택트홀 크기를 원하는 크기인 100nm로 조정하기 위해 투광부(252)의 치수 W와 위상시프터(253)의 길이 t를 각각 160nm로 설정하였다. 이상에서 설명한, 패턴을 고립상태로 양호하게 형성할 수 있는 마스크구성에서, 상기 광강도 Ib 및 Is의 인접시프터간 거리 G에 대한 의존성을 계산한 결과를 도 11의 (a)의 그래프에 나타낸다. 단, 도 11의 (a)에서 G의 값은 λ/ NA에 의해 규격화되어 있다.
도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, G가 0.5 ×λ/ NA보다 큰 경우, Ib는 충분히 낮은 값으로 되어 있다. 즉, 콘트라스트가 높은 광강도 분포가 실현되어 있고, 그것에 의해 양호한 패턴형성이 가능한 포토마스크가 실현되어 있다. 그러나, G가 0.5 ×λ/ NA 이하가 되면 Ib의 값이 크게 되어 있다. 즉, 콘택트패턴 형성에서, 이웃하는 2개의 콘택트패턴끼리의 사이에서 충분한 차광성이 실현되지 않기 때문에, 콘트라스트의 저하가 발생되고 있다. 이 경우, 양호한 패턴형성을 행할 수는 없다.
상기의 현상은 원하는 밀집 콘택트홀에서, 콘택트홀끼리의 간격이 좁은 것에 기인하여 마스크 상에서의 위상시프터끼리의 사이의 반차광부의 폭이 좁아지고, 그 결과, 해당 반차광부를 충분한 광이 투과하지 않게 된 것에 의해 생기는 것이다. 이하, 이 현상에 대하여 상세하게 설명한다.
개구패턴(투광부)과 반차광부는 각각 양의 위상의 광을 투과시키는 영역인 한편, 위상시프터는 음의 위상의 광을 투과시키는 영역이다. 또, 암부(투광부 주변)의 광강도 Ib는 개구패턴 및 반차광부를 투과한 양의 위상의 광을 위상시프터를 투과한 음의 위상의 광이 소거함으로써 형성된다. 이 암부의 광강도 Ib는 양음(+,-) 각각의 위상의 광의 균형이 유지됨으로써 충분히 작은 값이 된다. 구체적으로는, 인접시프터간 거리 G가 충분히 크면 반차광부를 투과하는 광의 양이 충분해지므로, 광강도 Is는 반차광부의 투과율과 대응하는 강도가 된다. 그러나, 인접시프터간 거리 G가 λ/ NA 이하가 되면 그것에 따라 위상시프터끼리 사이의 반차광부의 영역이 감소되므로 반차광부를 투과하는 광의 양도 감소된다. 이것은, 도 11의 (a)의 그래프에서의 Is의 값이, G가 λ/ NA 이하가 되는 곳에서 감소하는 것에서 알 수 있다. 즉, 이웃하는 위상시프터끼리의 사이에 충분히 넓은 반차광부가 존재하는 상태로 균형이 유지되고 있던, 양음 각각의 위상의 광끼리의 관계에서, 반차광부의 영역이 감소함으로써 음의 위상의 광이 과잉이 된다. 이 음의 위상의 광이 과잉됨에 따라 광강도 Ib도 증가하여, 그 결과, 광강도 분포에서의 콘트라스트가 저하된다.
따라서, 상기 현상을 방지하기 위해서는, 위상시프터 사이의 반차광부의 영역이 감소함에 따라, 위상시프터를 투과하는 광을 감소시키면 된다. 그것을 실현하는 방법의 하나는 위상시프터의 폭을 감소시키는 것이다.
본원 발명자는 모의실험 결과를 상세하게 해석함으로써, 다음과 같은 지견을 얻었다. 즉, 인접시프터간 거리 G가 충분히 큰 경우에 양호한 패턴형성을 실현할 수 있는 위상시프터 폭 d를 d0으로 하면, G가 0.5 ×λ/ NA 이하가 되는 경우에는 d = d0 ×(0.5 + G) / (λ/ NA)로 설정함으로써, 밀집 콘택트홀에 대해서도 양호한 패턴형성이 가능해진다.
도 11의 (b)는 도 10의 (b)와 대응하는 모의실험 결과로서, 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에서의 선분 AB와 대응하는 위치에 형성되는 광강도 분포를 나타낸다. 한편, 도 11의 (b)에서는 G = 0.3 ×(λ/ NA)의 경우에서의 위상시프터 폭 d를 고립상태의 콘택트패턴의 형성에서 최적의 치수인 d0(0.15 ×λ/ NA 정도(약 44nm))로 설정하였을 때의 광강도 분포의 모의실험 결과와, 위상시프터 폭 d를 d = 0.8 ×d0에 따라서 감소시켰을 때의 광강도 분포의 모의실험 결과를 각각 나타낸 다. 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 위상시프터 폭 d를 감소시킴으로써 콘트라스트가 높은 광강도 분포가 얻어진다.
또, 도 11의 (c)도 도 10의 (b)에 대응하는 모의실험 결과로서, 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에서의 선분 AB와 대응하는 위치에 형성되는 광강도 분포를 나타낸다. 또, 도 11의 (c)에서는 인접시프터간 거리 G가 더욱 좁아진 G = 0.2 ×(λ/ NA)인 경우의 위상시프터 폭 d를 d0으로 설정하였을 때의 광강도 분포의 모의실험 결과와, 위상시프터 폭 d를 d = 0.7 ×d0에 따라 감소시켰을 때의 광강도 분포의 모의실험 결과를 각각 나타낸다. 도 11의 (c)에 나타내는 바와 같이, 인접시프터간 거리 G의 감소에 맞추어 위상시프터 폭 d를 감소시킴으로써, 콘트라스트가 높은 광강도 분포를 실현할 수 있는 포토마스크가 얻어진다.
이상에서, 윤곽강조법에 기초하여 위상시프터(보조패턴)를 배치하는 경우에서, 이웃하는 투광부끼리의 사이에 각 투광부와 대응하는 위상시프터가 서로 평행하게 반차광부를 사이에 두고 인접시프터간 거리가 0.5 ×λ/ NA 이하가 되도록 배치되는 경우, 각 위상시프터의 폭을 인접시프터간 거리에 비례하여 작게 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
그런데, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 미세 콘택트패턴을 형성하기 위한 개구패턴(투광부(252))의 중심으로부터 위상시프터(253)의 중심선까지의 전형적인 거리(최적값) PW0는 0.4 ×λ/ NA였다(제 1 실시예 참조). 따라서, 인접시프터간 거리 G가 0.5 ×λ/ NA 이하가 되는 것은, 바꿔 말하면 인접시프터 사이에 배치된 위상시프터(253)의 폭 d를 가늘게 하는 것이 바람직한 것은 도 12의 (b)에 나타 내는 바와 같이, 이웃하는 콘택트홀끼리와 대응하는 투광부(252)끼리의 중심간의 원하는 거리 P(= 2 ×PW0 + G)가 1.3 ×λ/ NA 이하가 되는 밀집홀의 경우이다.
따라서, 상기와 같은 마스크구성에서는 도 13의 (a)에 나타내는 바와 같이, 이웃하는 투광부(252)(개구패턴)의 각각의 중심간의 거리 P가 1.3×λ/ NA 이하인 경우의 해당 각 투광부(252)의 사이에 놓여진 영역에 배치되는 위상시프터(253)의 폭을 d로 하고, 해당 영역 이외의 다른 영역(거리 P가 1.3 ×λ/ NA 이하가 아닌 영역)에 배치되는 위상시프터(253)의 폭을 d0으로 했을 때에, d < d0로 설정한다. 단, 위상시프터(253)의 길이는 배치위치에 관계없이 t이다.
그런데, 도 13의 (a)에서, 근접하는 투광부(개구패턴)(252)끼리에 의해 사이에 놓여진 영역의 위상시프터(253)의 폭을 감소시키는 것은, 해당 위상시프터(253)에 의해 발생하는 음의 위상의 광을 감소시키기 위해서이다. 따라서, 개구패턴 사이의 위상시프터(253)에 대해서는 그 폭 d1이 d1 < 2 ×d0을 만족하는 것이면, 도 13의 (a)와 같은 2개의 위상시프터(253)가 아니라, 도 13의 (b)와 같은 하나의 위상시프터(253)에 정리해도 된다.
또, 도 13의 (a)에서는 이웃하는 개구패턴에 의해 사이에 놓여진 위상시프터(253)의 폭을 감소시켰다. 그러나, 그 대신에, 도 13의 (c)에 나타내는 바와 같이, 위상시프터(253)의 길이를 감소시켜도 된다. 즉, 개구패턴간의 2개의 위상시프터(253)의 각각의 폭 및 길이를 d2 및 t2로 하면 t2 × d2 < t ×d0로 설정하면 된다.
또, 도 14의 (a)에 나타내는 바와 같이, 이웃하는 개구패턴에 의해 끼워진 위상시프터(253)를 하나로 정리하는 것과 함께, 해당 위상시프터(253)의 폭 및 길이를 각각 d3 및 t3으로 하여, 해당 위상시프터(253)의 면적인 d3 ×t3을 2 ×t ×d0보다 작게 설정해도 된다.
또, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 개구패턴간의 위상시프터(253)의 면적을 2 ×t ×d0보다 작게 하면 위상시프터(253)의 형상으로서 임의의 패턴형상을 이용해도 된다. 도 14의 (b)에서는 개구패턴간에 위상시프터(253)로서 2개의 직사각형패턴을, 각각 개구패턴(투광부(252))이 나열되는 방향으로 연장되도록 배치한 형태를 나타낸다. 이 경우, 각 위상시프터(253)의 폭 및 길이를 d4 및 t4로 하면 t4 ×d4 < t ×d0으로 설정하면 된다. 또, 도 14의 (b)에서, 위상시프터(253)로서 2개의 직사각형 패턴을 나열하였다. 그러나, 그 대신에 개구패턴 사이에서의 위상시프터(253)의 총면적이 2 ×d0 ×t보다도 작으면 3개 또는 4개 이상의 직사각형패턴을 나열해도 된다. 또, 도 13의 (b), 도 14의 (a) 및 도 14의 (b)에서는 개구패턴 사이의 위상시프터(253)의 면적(도 14의 (b)의 경우는 합계면적)을 한쌍의 투광부(252)의 각각과 대응하도록 2등분하면, 그 2등분된 면적은 개구패턴 사이 이외에 위치하는 위상시프터(253)의 면적 t × d0보다 작아진다.
이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예에서, 밀집한 콘택트패턴을 형성하는 경우, 밀집 콘택트홀과 대응하는 투광부끼리 사이에 위치하는 위상시프터를 투과하는 반대위상의 광이 감소하도록 위상시프터를 변형시킴으로써 양호한 패턴형성이 가능한 포토마스크를 실현된다.
한편, 본 실시예에서도 포토마스크의 단면구조로서, 예컨대 제 1 실시예에서 의 도 6의 (a)∼(d)에 나타내는 단면구조를 이용할 수 있다.
(제 2 실시예의 변형예)
이하, 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 15는 제 2 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도이다. 본 변형예의 포토마스크는 복수의 미세한 라인형상 스페이스 패턴을 동시에 형성하기 위한 것이다. 즉, 본 변형예가 제 2 실시예와 다른 점은 원하는 패턴이 콘택트홀 패턴이 아니라, 라인형상의 미세한 스페이스 패턴인 것이다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(270) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(271)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(271)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 스페이스 패턴(복수)과 대응하는 위치에는 투광부(272), 투광부쌍(273, 274) 및 투광부쌍(275, 276)의 각각으로 되는 개구패턴이 설치되어 있다. 여기에서, 투광부(272)는 고립하여 배치되는 스페이스 패턴과 대응하는 개구패턴이고, 투광부(273, 275)는 각각 근접하는 다른 스페이스 패턴이 존재하는 스페이스 패턴과 대응하는 개구패턴이다. 또, 투광부(272)의 주변에는 반차광부(271)를 사이에 두고 위상시프터(277)가 되는 보조패턴이 라인형상의 투광부(272)의 각 장변과 평행하게 설치되어 있다. 마찬가지로, 각 투광부(273∼276)의 주변에는 각각 반차광부(271)를 사이에 두고 위상시프터(278∼281)가 되는 보조패턴이 라인형상의 각 투광부(273∼276)의 각 장변과 평행하게 설치되어 있다.
한편, 투광부(272) 주변의 위상시프터(277)는 고립배치된 미세 스페이스 패턴의 형성이 우수한 마스크구성이 되도록 배치되어 있는 것으로 하며, 위상시프터(277)의 폭을 d0으로 한다.
또, 투광부(273)에는 다른 투광부(274)가 근접하고 있다. 이 때, 투광부(273) 주변의 위상시프터(278) 및 투광부(274)의 주변의 위상시프터(279) 중, 투광부(273)와 투광부(274)에 의해 사이에 놓여진 영역에 존재하는 위상시프터를 위상시프터(278a) 및 위상시프터(279a)로 한다. 또, 투광부(275)에는 다른 투광부(276)가 근접하고 있다. 이 때, 투광부(275) 주변의 위상시프터(280) 및 투광부(276) 주변의 위상시프터(281) 중, 투광부(275)와 투광부(276)에 의해 사이에 놓여진 영역에 존재하는 위상시프터를 위상시프터(280a) 및 위상시프터(281a)로 한다.
본 변형예의 특징은 위상시프터(278a, 279a)의 폭을 각각 d1 및 d2로 하고, 위상시프터(278a, 279a)의 각각의 중심선간 거리를 G1로 하였을 때에, 제 2 실시예와 마찬가지로, G1이 0.5 ×λ/ NA 이하가 되는 조건에서 (d1 + d2) < 2 ×d0이 되는 마스크구성을 갖는 것이다. 즉, d1 = d2로 하면 d1 < d0, d2 < d0이다. 여기에서, 투광부(273)를 둘러싸는 위상시프터(278) 중, 근접하는 다른 투광부(274)가 존재하지 않는 쪽에 배치된 위상시프터(278b)의 폭은 제 2 실시예와 마찬가지로 d0으로 설정되어 있다.
또, 본 변형예의 특징은 위상시프터(280a, 281a)의 폭을 각각 d3 및 d4로 하고, 위상시프터(280a, 281a)의 각각의 중심선간 거리를 G2로 하였을 때에, 제 2 실 시예와 마찬가지로, G2 < G1 < 0.5 ×λ/ NA의 조건에서, (d3 + d4) < (d1 + d2) < 2 ×d0이 되는 마스크구성을 갖는 것이다. 즉, d3 = d4, d1 = d2로 하면 d3 = d4 < d1 = d2 < d0이다. 여기에서, 투광부(275)를 둘러싸는 위상시프터(280) 중, 근접하는 다른 투광부(276)가 존재하지 않은 쪽에 배치된 위상시프터(280b)의 폭은 d0으로 설정되어 있다.
즉, 본 변형예에서는 제 2 실시예와 마찬가지로, 어떤 투광부의 주변을 둘러싸는 위상시프터와, 다른 투광부의 주변을 둘러싸는 위상시프터 사이의 관계에서, 양 투광부의 위상시프터끼리 소정의 치수 이하의 간격으로 이웃하여 근접하는 경우에는, 각 위상시프터의 폭을 소정의 치수 이하의 간격으로 이웃하여 근접하는 위상시프터가 존재하지 않는 위상시프터의 폭보다 작게 한다. 이 때, 소정의 치수 이하의 간격으로 이웃하여 근접하는 위상시프터의 각각의 폭을 위상시프터간 거리(근접거리)에 비례시키는 것이 바람직하다. 또는, 도 15의 경우에서, 위상시프터(278a)의 폭 d1(또는 위상시프터(279a)의 폭 d2)과 위상시프터(280a)의 폭 d3(또는 위상시프터(281a)의 폭 d4)의 차를 거리 G1과 거리 G2의 차에 비례시키는 것이 바람직하다.
본 변형예에 의하면, 제 2 실시예와 마찬가지로, 각 투광부를 투과하는 광과, 그 주변의 위상시프터, 즉 보조패턴을 투과하는 광과의 상호간섭에 의해, 투광부와 보조패턴 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또, 이 콘트라스트 강조효과는, 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진 다. 따라서, 경사입사 노광에 의해 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 복잡하고 미세한 스페이스 패턴끼리 서로 근접하는 상황에서도 원하는 치수를 갖는 패턴을 양호하게 형성할 수 있다.
따라서, 본 변형예에서도 이웃하는 개구패턴(투광부)의 사이에 놓여지도록 한쌍의 위상시프터가 근접하여 배치되는 경우로서, 인접시프터간 거리 G가 0.5 ×λ/ NA보다 작아지는 경우, 제 2 실시예와 마찬가지로 G에 비례하여 위상시프터 폭을 감소시킴으로써, 밀집한 스페이스 패턴의 형성에서도 높은 콘트라스트의 광강도 분포의 형성을 가능하게 하는 포토마스크를 실현할 수 있다.
또, 이상의 설명에서, 라인형상의 각 투광부가 각각 독립한 패턴인 것을 전제로 하여 설명하여 왔다. 그러나, 본 변형예는 주목하고 있는 영역에서 상기와 같은 구성이 실현되어 있는 한, 라인형상의 각 투광부가 독립패턴이 아니어도 된다. 바꿔 말하면, 각 투광부가 주목하고 있는 영역 이외의 다른 영역에서 서로 접속되어 있는 동일한 패턴을 구성하고 있어도 된다.
그런데, 미세 스페이스 패턴을 형성하기 위한 개구패턴(투광부)의 중심으로부터 위상시프터의 중심선까지의 전형적인 거리(최적값) PW0는 0.325 ×λ/ NA였다(제 1 실시예의 변형예 참조). 따라서, 인접시프터간 거리 G가 0.5 ×λ/ NA 이하가 되는 것은, 바꿔 말하면 인접시프터 사이에 배치된 위상시프터의 폭 d를 가늘게 하는 것이 바람직한 것은, 이웃하는 스페이스 패턴끼리와 대응하는 투광부끼리의 중심간의 원하는 거리 P(= 2 × PW0 + G)가 1.15 ×λ/ NA 이하가 되는 밀집패턴의 경우이다.
따라서, 상기와 같은 마스크구성에서는 도 16의 (a)에 나타내는 바와 같이, 이웃하는 투광부(292)(개구패턴)의 각각의 중심간 거리 P가 1.15 ×λ/ NA 이하인 경우에서의 해당 각 투광부(292)의 사이에 놓여진 영역에 배치되는 위상시프터(293)의 폭을 d로 하고, 해당 영역 이외의 다른 영역(거리 P가 1.15 ×λ/ NA 이하가 아닌 영역)에 배치되는 위상시프터(293)의 폭을 d0로 했을 때에, d < d0로 설정한다.
그런데, 도 16의 (a)에서, 근접하는 투광부(개구패턴)(292)끼리에 의해 사이에 놓여진 영역의 위상시프터(293)의 폭을 감소시키는 것은, 해당 위상시프터(293)에 의해 발생하는 음의 위상의 광을 감소시키기 위해서이다. 따라서, 개구패턴 사이의 위상시프터(293)에 대해서는 그 폭 d1이 d1 < 2 ×d0을 만족하는 것이면, 도 16의 (a)와 같은 2개의 위상시프터(293)가 아니라, 도 16의 (b)와 같은 하나의 위상시프터(293)로 정리해도 된다.
또, 도 16의 (a)에서는 이웃하는 개구패턴에 의해 사이에 놓여진 위상시프터(293)의 폭을 감소시켰다. 그러나, 그 대신에, 도 16의 (c)에 나타내는 바와 같이, 개구패턴 사이에 끼워진 위상시프터(293)를 복수의 패턴으로 분리함으로써, 위상시프터(293)의 면적(투광부(292)가 되는 개구패턴의 연장되는 방향에서의 단위길이당 면적)을 감소시켜도 된다. 즉, 개구패턴 사이에 끼워진 위상시프터(293)를 폭 d2, 길이 t의 복수의 패턴으로 분할하는 것과 함께, 해당 복수의 패턴을 개구패턴이 연장되는 방향을 따라 배치주기 TT로 배치하는 것으로 하여, d2 ×t / TT를 2 ×d0보다 작게 설정하면 된다. 단, TT는 (λ/ NA) / 2 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 노광시스템에서의 해상한계((λ/NA) / 2) 이하의 주기 TT로 위상시프터(293)를 분할한 경우, 위상시프터(293)의 투과광은 해당 위상시프터(293)의 면적감소분에 비례하여 감소하는 한편, 광강도 분포형상에서 위상시프터(293)의 분할형상의 영향이 나타나지 않기 때문이다.
또, 도 16의 (a)∼(c)에서, 투과성 기판(290) 상에, 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(291)가 형성되어 있고, 해당 반차광부(291)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 스페이스 패턴(복수)과 대응하는 위치에 라인형상을 갖는 한쌍의 투광부(292)가 서로 이웃하도록 설치되어 있는 것으로 한다.
또, 도 16의 (b) 및 도 16의 (c)에서는 개구패턴 사이의 위상시프터(293)의 면적(도 16의 (c)의 경우는 합계 면적)을 한쌍의 투광부(292)의 각각과 대응하도록 2등분하면, 그 2등분된 면적은 개구패턴 사이 이외에 위치하는 위상시프터(293)의 면적(투광부(292)가 되는 개구패턴이 연장되는 방향에서의 단위길이당 면적)보다 작아진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 변형예에서, 밀집한 스페이스 패턴을 형성하는 경우, 밀집 스페이스 패턴과 대응하는 투광부끼리의 사이에 위치하는 위상시프터를 투과하는 반대위상의 광이 감소하도록 위상시프터를 변형시킴으로써, 양호한 패턴형성이 가능한 포토마스크를 실현할 수 있다.
(제 3 실시예)
이하, 본 발명의 제 3 실시예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 17은 제 3 실시예에 관한 포토마스크의 평면도이다. 본 실시예의 포토마스크는 복수의 미세한 콘택트패턴을 동시에 형성하기 위한 것이다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(300) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(301)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(301)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 콘택트패턴(복수)과 대응하는 위치에는 투광부(302), 투광부쌍(303, 304) 및 투광부쌍(305, 306)의 각각으로 되는 개구패턴이 설치되어 있다. 여기에서, 투광부(302)는 고립하여 배치되는 콘택트패턴과 대응하는 개구패턴이고, 투광부(303, 305)는 각각 근접하는 다른 콘택트패턴이 존재하는 콘택트패턴과 대응하는 개구패턴이다. 또한, 투광부(302)의 주변에는 반차광부(301)를 사이에 두고, 위상시프터(307)로 되는 보조패턴이, 예컨대 사각형의 투광부(302)의 각 변과 평행하게 해당 투광부(302)를 둘러싸도록 설치되어 있다. 마찬가지로, 각 투광부(303∼306)의 주변에는 각각 반차광부(301)를 사이에 두고, 위상시프터(308∼311)가 되는 보조패턴이, 예컨대 사각형의 각 투광부(303∼306)의 각 변과 평행하게 해당 각 투광부(303∼306)를 둘러싸도록 설치되어 있다.
또, 투광부(302) 주변의 위상시프터(307)는 고립배치된 콘택트패턴의 형성이 우수한 마스크구성이 되도록 배치되어 있는 것으로 한다. 이 때, 위상시프터(307)의 폭은 d0이고, 위상시프터(307)의 중심선과 투광부(302)의 중심 사이의 거리는 PW0라고 한다.
또, 투광부(303)는 한 방향에서 다른 투광부(304)와 근접하고 있는 한편, 다른 방향에서 다른 투광부와는 근접하고 있지 않다. 여기에서, 한 방향에서의 투광 부(303) 주변의 위상시프터(308)를 위상시프터(308a)로 하고, 다른 방향에서의 투광부(303) 주변의 위상시프터(308)를 위상시프터(308b)로 한다. 또, 투광부(305)는 한 방향에서 다른 투광부(306)와 근접하고 있는 한편, 다른 방향에서 다른 투광부와는 근접하고 있지 않다. 이 때, 한 방향에서의 투광부(305) 주변의 위상시프터(310)를 위상시프터(310a)로 하고, 다른 방향에서의 투광부(305) 주변의 위상시프터(310)를 위상시프터(310b)로 한다.
본 실시예의 특징은 투광부(303)의 중심과 투광부(304)의 중심 사이의 거리 P1이 1.3 ×λ/ NA 정도일 때, 위상시프터(308a)의 중심으로부터 투광부(303)의 중심까지의 거리 PW1에 대하여, PW1 > PW0가 되도록 설정하는 것이다. 여기에서, 위상시프터(308b)의 중심으로부터 투광부(303)의 중심까지의 거리를 상기 PW0로 설정한다.
또, 본 실시예의 특징은, 투광부(305)의 중심과 투광부(306)의 중심 사이의 거리 P2가 1.0 ×λ/ NA 정도일 때, 위상시프터(310a)의 중심으로부터 투광부(305)의 중심까지의 거리 PW2에 대하여, PW2 < PW0가 되도록 설정하는 것이다. 여기에서, 위상시프터(310b)의 중심으로부터 투광부(305)의 중심까지의 거리를 상기 PW0로 설정한다.
즉, 본 실시예에서는 개구패턴(투광부)의 중심에서 본 위상시프터(보조패턴)의 배치위치에서, 해당 개구패턴에 근접하는 다른 개구패턴이 존재하는 경우, 고립된 미세 콘택트홀 형성에 있어서 바람직한 위상시프터의 위치를 개구패턴끼리의 거리(근접거리)에 따라 변화시킨다.
본 실시예에 의하면, 각 투광부를 투과하는 광과, 그 주변의 위상시프터, 즉 보조패턴을 투과하는 광과의 상호간섭에 의해, 투광부와 보조패턴 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또한, 이 콘트라스트 강조효과는, 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진다. 따라서, 경사입사 노광에 의해 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 복잡하고 미세한 스페이스 패턴끼리 서로 근접하는 상황에서도 원하는 치수를 갖는 패턴을 양호하게 형성할 수 있다.
이하, 본 실시예의 포토마스크에 의해, 고립배치된 콘택트홀과 밀집배치된 콘택트홀을 양호하게 형성할 수 있는 것을 모의실험 결과에 기초하여 상술한다.
또, 본 실시예의 효과를 확인하기 위한 모의실험에 이용한 포토마스크의 평면구성은 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크(제 2 실시예 참조)와 동일하다. 즉, 도 10의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(250) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(251)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(251)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 콘택트패턴(복수)과 대응하는 위치에는, 한 변이 W의 정사각형상을 갖는 복수의 투광부(252)가 서로 이웃하도록 설치되어 있다. 또한, 각 투광부(252)에 대하여, 각 투광부(252)의 중심으로부터 PW0의 거리에 중심선이 위치하도록 위상시프터(보조패턴)(253)가 배치되어 있다. 여기에서, 각 위상시프터(253)는 폭 d, 길이 t의 직사각형상을 갖는다. 또한, 서로 이웃하는 투광부(252)끼리의 사이에서 서로 이웃하여 근접하는 위상시프터(253)의 각각의 중심선 사이의 거리(인접시프터간 거리)를 G로 한다.
도 10의 (b)는 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행함으로써 형성되는 광강도 분포의 프로파일을 나타낸다. 또, 도 10의 (b)에서, 투광부(252)의 중심에서의 광강도를 Ip로 나타내고, 이웃하는 투광부(252)끼리 사이의 중간위치에서의 광강도를 Is로 나타내며, 투광부(252)의 주변에서 광강도가 최소가 되는 위치에서의 광강도를 Ib로 나타낸다. 여기에서, 이웃하는 투광부(252)끼리 사이의 중간위치는 이웃하는 위상시프터(253)끼리 사이의 중간위치이다. 또한, 광강도 모의실험의 조건은 노광파장 λ가 193nm, 개구수 NA가 0.65이다. 또, 조명조건으로서, 외경의 간섭도가 0.8, 내경의 간섭도가 0.53이 되는 2/3 환상조명을 이용했다. 또, 반차광부(201)의 투과율은 6%로 하였다.
또, 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에서는 각 콘택트패턴이 고립상태에서도 양호하게 형성되도록, 위상시프터(253)의 폭 d를 0.15 ×λ/ NA 정도(약 44nm)로 설정하고, 위상시프터(253)의 투광부(252)에 대한 위치 PW0를 0.4 ×λ/ NA 정도(약 120nm)로 설정한다. 또, 콘택트홀 사이즈를 원하는 사이즈인 100nm로 조정하기 위해, 투광부(252)의 치수 W와 위상시프터(253)의 길이 t를 각각 160nm로 설정하였다. 이상으로 설명한 마스크구성에 있어서, 개구패턴(투광부(252))의 각각의 중심 사이의 거리 P(= G + 2 ×PW0)가 변화했을 때에, 도 10의 (b)에 나타내는 광강도 Ip(투광부(252)의 중심에서의 광강도)가 어떻게 변화하는지를 계산한 결과를 도 18의 (a)의 그래프에 나타낸다. 단, 도 18의 (a)에서 P의 값은 λ/ NA에 의해 규격화되어 있다.
도 18의 (a)에 나타내는 바와 같이, 개구중심간 거리 P가 1.5 ×λ/ NA 이하가 되면 광강도 Ip는 급격히 저하하여 P = 1.3 ×λ/ NA 부근에서 Ip는 극소값이 된다. 또, P가 1.3 ×λ/ NA 이하가 되면 광강도 Ip의 값은 급격히 증가하기 시작하여, P = λ/ NA 부근에서, 광강도 Ip는 투광부(252)가 고립상태(즉, P가 무한대)인 경우의 값보다 높은 값을 갖게 된다.
그런데, 제 2 실시예에서도 설명한 바와 같이, 개구패턴(투광부)끼리 근접해오면 개구패턴 사이의 영역에서 이웃하는 위상시프터 사이에서의 반차광부의 영역이 감소되므로, 포토마스크를 투과하는 양(+)의 위상의 광이 감소된다. 또, 개구패턴의 중심의 광강도 피크(Ip)를 형성하는 것은 양의 위상의 광이기 때문에, 상술한 바와 같이 양의 위상의 광이 감소되면 광강도 Ip의 값은 감소된다. 또, 이러한 현상이 현저하게 되는 것은 인접시프터간 거리 G = 0.5 ×λ/ NA일 때이므로(제 2 실시예 참조), 서로 근접하는 개구패턴의 각각의 중심 사이의 거리(이하, 근접 개구중심간 거리라 함) P = G + 2 ×PW0 = 0.5 ×λ/ NA + 2 ×0.4 ×λ/ NA = 1.3 ×λ/ NA에서 상술한 현상이 현저하게 된다.
또, 하나의 투광부에 다른 투광부가 근접하고 있는 경우, 다른 투광부를 투과하는 양의 위상의 광에 의해 포토마스크를 투과하는 양의 위상의 광이 다시 증가하게 된다. 여기에서, 다른 투광부로부터의 영향이 현저하게 되는 것은, 하나의 투광부의 중심과 다른 투광부의 중심 사이의 거리(즉, 근접 개구중심간 거리) P가 λ/ NA가 될 때이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 개구중심간 거리 P가 1.3 ×λ/ NA의 근방인 경 우에는 투광부 중심의 광강도 Ip는 감소하는 한편, P가 λ/ NA의 근방인 경우에는 투광부 중심의 광강도 Ip는 증가한다. 또, Ip의 감소는 콘트라스트의 저하를 초래하고, 그것에 의해 양호한 패턴형성이 저해된다. 또한, Ip의 증가는 콘택트홀 크기의 증가를 초래하므로, 미세 콘택트패턴 형성이 저해된다.
도 18의 (b)는 도 10의 (b)에 대응하는 모의실험 결과로서, 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에서의 선분 AB와 대응하는 위치에 형성되는 광강도 분포를 나타낸다. 또, 도 18의 (b)에서는 개구중심간 거리 P가 450nm(1.5 ×λ/ NA 정도), 390nm(1.3 ×λ/ NA 정도), 300nm(1.0 ×λ/ NA 정도)의 각각인 경우의 광강도 분포의 프로파일의 모의실험 결과를 나타낸다. 도 18의 (b)에 나타내는 바와 같이, 개구중심간 거리 P가 다르면, 즉 개구패턴끼리의 근접상태가 다르면, 각 개구패턴의 중심부와 대응하는 광강도 분포의 프로파일이 일치하지 않게 되기 때문에 미세 콘택트패턴을 일정하게 형성할 수 없게 된다.
이에 대하여, 본원 발명자는 상세한 모의실험을 행한 결과, 개구패턴의 중심에서 본 위상시프터의 위치를 개구중심간 거리 P에 따라 변화시킴으로써, 개구패턴 중심부와 대응하는 광강도 프로파일을 개구중심간 거리 P에 의존하지 않고 일정하게 하는 것이 가능한 것을 발견하였다. 구체적으로는, 각 개구중심간 거리 P에 대하여 개구패턴 중심부와 대응하는 광강도 프로파일을 일정하게 하는 위상시프터의 배치위치를 PW(P)로 나타내면 △PW(P) = (PW(P)-PW0) / PW0(즉, PW(P) = PW0 + △PW(P) × PW0)로 정의되는 △PW(P)는 도 18의 (c)에 나타내는 그래프와 같이 나타낸다. 즉, 각 개구중심간 거리 P에 대하여 최적의 위상시프터 배치위치 PW(P)는, P = 1.3 ×λ/ NA의 근방에서는, 콘택트패턴이 고립상태에서 양호하게 형성되는 위상시프터 배치위치 PW0에 비해 10% 정도 커지도록 설정되는 것이 바람직하다. 또, PW(P)는 P =λ/NA의 근방에서는 PW0에 비해 10% 정도 작아지도록 설정되는 것이 바람직하다.
도 18의 (d), 도 10의 (b)에 대응하는 모의실험 결과로서, 도 10의 (a)에 나타내는 포토마스크에서의 선분 AB와 대응하는 위치에 형성되는 광강도 분포를 나타낸다. 또, 도 18의 (d)에서는 개구중심간 거리 P가 450nm(1.5 ×λ/ NA 정도), 390nm(1.3 ×λ/ NA 정도), 300nm(1.0 ×λ/ NA 정도)의 각각의 경우에서 도 18의 (c)의 그래프에 나타내는 위치에 위상시프터가 배치된 포토마스크를 이용한 경우의 광강도 분포의 프로파일의 모의실험 결과를 나타낸다. 도 18의 (d)에 나타내는 바와 같이, 도 18의 (c)의 그래프에 나타내는 위치에 위상시프터를 배치함으로써, 상술한 모든 P의 값에 대하여 개구패턴 중심부와 대응하는 광강도 분포의 프로파일을 일치시킬 수 있다.
이상 설명한 검토결과로부터, 서로 근접하는 복수의 개구패턴이 존재하는 상황에서는, 개구패턴(투광부)의 주변에 배치되는 위상시프터에서의 투광부 중심에서 본 배치위치 PW는 개구중심간 거리 P에 따라 아래와 같이 설정되는 것이 바람직하다.
우선, 개구중심간 거리 P가 1.3 ×λ/ NA의 근방인 경우, 구체적으로는 1.15 ×λ/NA < P < 1.45 ×λ/ NA인 경우, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패턴이 근접하고 있는 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PW1로 하고, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패턴이 근접하지 않은 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PW0로 하면, PW1은 PW0보다 큰 것이 바람직하고, PW1이 PW0에 비해 5% 이상 큰 것이 더욱 바람직하다.
다음에, 개구중심간 거리 P가 λ/ NA의 근방인 경우, 구체적으로는 0.85 ×λ/NA < P < 1.15 ×λ/ NA인 경우, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패턴이 근접하고 있는 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PW2로 하고, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패턴이 근접하지 않은 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PW0로 하면, PW2는 PW0보다 작은 것이 바람직하고, PW2가 PW0에 비해 5% 이상 작은 것이 더욱 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 밀집한 콘택트패턴을 형성하는 경우, 밀집 콘택트홀 사이의 위치와 대응하는 위상시프터의 배치위치(즉, 위상시프터에서의 투광부 중심으로부터의 거리)를 콘택트패턴의 근접거리(즉, 개구중심간 거리 P)에 따라 변화시킨다. 이 때문에, 임의의 밀집도의 콘택트패턴의 형성에서도 일정한 광강도 분포의 프로파일을 형성할 수 있는 포토마스크를 실현할 수 있다. 따라서, 임의로 배치된 미세한 콘택트홀 패턴의 형성을 양호하게 행할 수 있다.
또, 본 실시예에서도 포토마스크의 단면구조로서, 예컨대 제 1 실시예에서의 도 6의 (a)∼(d)에 나타내는 단면구조를 이용할 수 있다.
(제 3 실시예의 변형예)
이하, 본 발명의 제 3 실시예의 변형예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 19는 제 3 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도이다. 본 변형예의 포토마스크는 복수의 미세한 라인형상 스페이스 패턴을 동시에 형성하기 위한 것이다. 즉, 본 변형예의 제 3 실시예와 다른 점은 원하는 패턴이 콘택트홀 패턴이 아니라, 라인형상이 미세한 스페이스 패턴인 것이다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(350) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(351)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(351)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 스페이스 패턴(복수)과 대응하는 위치에는, 투광부(352), 투광부쌍(353, 354) 및 투광부쌍(355, 356)의 각각으로 되는 개구패턴이 설치되어 있다. 여기에서, 투광부(352)는 고립하여 배치되는 스페이스 패턴과 대응하는 개구패턴이고, 투광부(353, 3551)는 각각 근접하는 다른 스페이스 패턴이 존재하는 스페이스 패턴과 대응하는 개구패턴이다. 또, 투광부(352)의 주변에는 반차광부(351)를 사이에 두고, 위상시프터(357)로 되는 보조패턴이 라인형상의 투광부(352)의 각 장변과 평행하게 설치되어 있다. 마찬가지로, 각 투광부(353∼356)의 주변에는 각각 반차광부(351)를 사이에 두고, 위상시프터(358∼361)로 되는 보조패턴이 라인형상의 각 투광부(353∼356)의 각 장변과 평행하게 설치되어 있다.
또, 투광부(352) 주변의 위상시프터(357)는 고립배치된 스페이스 패턴의 형성이 우수한 마스크구성이 되도록 배치되어 있는 것으로 한다. 이 때, 위상시프터(357)의 폭은 d0이고, 위상시프터(357)의 중심선과 투광부(352)의 중심 사이의 거리는 PG0이라고 한다.
또, 투광부(353)는 한 방향에서 다른 투광부(354)와 근접하고 있는 한편, 다 른 방향에서 다른 투광부와는 근접하고 있지 않다. 여기에서, 한 방향에서의 투광부(353) 주변의 위상시프터(358)를 위상시프터(358a)로 하고, 다른 방향에서의 투광부(353) 주변의 위상시프터(358)를 위상시프터(358b)로 한다. 또한, 투광부(355)는 한 방향에서 다른 투광부(356)와 근접하고 있는 한편, 다른 방향에서 다른 투광부와는 근접하고 있지 않다. 이 때, 한 방향에서의 투광부(355) 주변의 위상시프터(360)를 위상시프터(360a)로 하고, 다른 방향에서의 투광부(355) 주변의 위상시프터(360)를 위상시프터(360b)로 한다.
본 변형예의 특징은 투광부(353)의 중심과 투광부(354)의 중심 사이의 거리 P1이 1.15 ×λ/NA 정도일 때, 위상시프터(358a)의 중심으로부터 투광부(353)의 중심까지의 거리 PG1에 대하여, PG1 > PG0이 되도록 설정하는 것이다. 여기에서, 위상시프터(358b)의 중심으로부터 투광부(353)의 중심까지의 거리를 상기 PG0로 설정한다.
또, 본 변형예의 특징은 투광부(355)의 중심과 투광부(356)의 중심 사이의 거리 P2가 0.85 ×λ/ NA 정도일 때, 위상시프터(360a)의 중심으로부터 투광부(355)의 중심까지의 거리 PG2에 대하여 PG2 < PG0이 되도록 설정하는 것이다. 여기에서, 위상시프터(360b)의 중심으로부터 투광부(355)의 중심까지의 거리를 상기 PG0로 설정한다.
즉, 본 변형예에서는 개구패턴(투광부)의 중심에서 본 위상시프터(보조패턴)의 배치위치에서, 상기 개구패턴에 근접하는 다른 개구패턴이 존재하는 경우, 고립된 미세한 스페이스 패턴형성에 있어서 바람직한 위상시프터의 위치를 제 3 실시예 와 마찬가지로, 개구패턴끼리의 거리(근접 개구중심간 거리)에 따라 변화시킨다.
본 변형예에 의하면, 각 투광부를 투과하는 광과, 그 주변의 위상시프터, 즉 보조패턴을 투과하는 광과의 상호간섭에 의해, 투광부와 보조패턴 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또, 이 콘트라스트 강조효과는 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진다. 따라서, 경사입사 노광에 의해 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 복잡하고 미세한 스페이스 패턴끼리 서로 인접하는 상황에서도 원하는 치수를 갖는 패턴을 양호하게 형성할 수 있다.
또, 본 변형예에서도 제 3 실시예와 마찬가지로, 개구패턴(투광부)의 중심부와 대응하는 광강도 분포의 프로파일이 상기 개구패턴에 근접하는 다른 개구패턴의 영향을 받아 근접 개구중심간 거리에 따라 변화한다. 단, 본 변형예에서는 개구패턴이 콘택트패턴이 아니라 라인형상의 스페이스 패턴과 대응하기 때문에, 근접 개구중심간 거리와 광강도 분포의 프로파일의 관계는 제 3 실시예와 다른 것이 된다.
도 20의 (a)는 개구패턴(투광부)의 중심에서의 광강도(Ip)에서의 개구중심간 거리(P)로의 의존성을 제 3 실시예의 도 18의 (a)와 동일한 계산에 의해 구한 결과를 나타낸다. 단, 도 20의 (a)에서 P의 값은 λ/ NA에 의해 규격화되어 있다.
도 20의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시예와는 달리, 개구중심간 거리 P가 1.15 ×λ/ NA의 근방에서 광강도 Ip는 극소값이 된다. 또, P = 0.85 ×λ/ NA의 근방이고, 광강도 Ip는 투광부가 고립상태(즉, P가 무한대)인 경우의 값보다 높은 값을 갖게 된다. 즉, 개구중심간 거리 P가 다르면, 즉 개구패턴끼리의 근접상태가 다르면, 각 개구패턴의 중심부와 대응하는 광강도 분포의 프로파일이 일치하지 않게 되기 때문에, 미세 콘택트패턴을 일정하게 형성할 수 없게 된다.
이에 대하여, 본원 발명자는 개구패턴의 중심에서 본 위상시프터의 위치를 개구중심간 거리 P에 따라 변화시킴으로써, 개구패턴 중심부와 대응하는 광강도 프로파일을, 개구중심간 거리 P에 의존하지 않고 일정하게 하는 것이 가능한 것을 발견하였다. 구체적으로는, 각 개구중심간 거리 P에 대하여, 개구패턴 중심부와 대응하는 광강도 프로파일을 일정하게 하는 위상시프터의 배치위치를 PW(P)로 나타내면, △PW(P) = (PW(P) - PW0) / PW0(즉, PW(P) = PW0 + △PW(P) ×PW0)로 정의되는 △PW(P)는 도 20의 (b)에 나타내는 그래프와 같이 나타낸다. 즉, 각 개구중심간 거리 P에 대하여 최적의 위상시프터 배치위치 PW(P)는, P = 1.15 ×λ/ NA의 근방에서는, 스페이스 패턴이 고립상태에서 양호하게 형성되는 위상시프터 배치위치 PW0에 비해 10% 정도 커지도록 설정되는 것이 바람직하다. 또, PW(PF)는 P = 0.85 ×λ/ NA의 근방에서는 PW0에 비해 10% 정도 작게 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
이상 설명한 검토결과로부터, 서로 근접하는 복수의 라인형상의 개구 패턴이 존재하는 상황에서는, 개구패턴(투광부)의 주변에 배치되는 위상시프터에서의 투광부 중심에서 본 배치위치 PW는 개구중심간 거리 P에 따라 아래와 같이 설정되는 것이 바람직하다.
우선, 개구중심간 거리 P가 1.15 ×λ/ NA의 근방인 경우, 구체적으로는 1.0 ×λ/ NA < P < 1.3 ×λ/ NA 인 경우, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패 턴이 근접하고 있는 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PG1로 하고, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패턴이 근접하지 않은 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PG0로 하면, PG1은 PG0보다 큰 것이 바람직하고, PG1이 PG0에 비해 5% 이상 큰 것이 더욱 바람직하다.
다음에, 개구중심간 거리 P가 0.85 ×λ/ NA의 근방인 경우, 구체적으로는 0.7 ×λ/ NA < P < 1.0 ×λ/ NA인 경우, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패턴이 근접하고 있는 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PG2로 하고, 하나의 개구패턴의 주변에서의 다른 개구패턴이 근접하지 않은 쪽에 배치되는 위상시프터의 개구패턴 중심에서 본 배치위치를 PG0으로 하면, PG2는 PG0보다 작은 것이 바람직하고, PG2가 PG0에 비해 5% 이상 작은 것이 더욱 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 변형예에 의하면, 밀집한 스페이스 패턴을 형성하는 경우, 밀집 스페이스 패턴 사이의 위치와 대응하는 위상시프터의 배치위치(즉, 위상시프터에서의 투광부 중심으로부터의 거리)를 스페이스 패턴의 근접거리(즉, 개구중심간 거리 P)에 따라 변화시킨다. 이 때문에, 임의의 밀집도의 스페이스 패턴의 형성에서도 일정한 광강도 분포의 프로파일을 형성할 수 있는 포토마스크를 실현할 수 있다. 따라서, 임의로 배치된 미세한 스페이스 패턴의 형성을 양호하게 행할 수 있다.
(제 4 실시예)
이하, 본 발명의 제 4 실시예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 21의 (a)는 제 4 실시예에 관한 포토마스크의 평면도이다. 본 실시예의 포토마스크는 미세한 라인형상의 스페이스 패턴을 형성하기 위한 것이다.
도 21의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(400) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(401)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(401)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 스페이스 패턴과 대응하는 위치에는 투광부(402)가 되는 라인형상의 개구패턴이 설치되어 있다. 또한, 투광부(402)의 주변에는 반차광부(401)를 사이에 두고, 위상시프터(403, 404)로 되는 보조패턴이 투광부(402)를 둘러싸도록 설치되어 있다. 구체적으로는, 한쌍의 위상시프터(403)가 투광부(402)가 사이에 놓이도록 투광부(402)의 장변(長邊)방향(라인방향)을 따라 투광부(402)에 평행하게 배치되어 있는 것과 함께, 한쌍의 위상시프터(404)가 투광부(402)가 사이에 놓이도록 투광부(402)의 단변(短邊)방향을 따라 투광부(402)에 평행하게 배치되어 있다.
여기에서, 한쌍의 위상시프터(403)는 고립하여 배치되는 스페이스 패턴의 형성이 우수한 마스크구성이 되도록 투광부(402)를 사이에 두고, 위상시프터(403)끼리의 간격(정확하게는 위상시프터(403)의 중심선끼리의 간격)이 PW0 ×2가 되도록 배치되어 있다.
본 실시예의 특징은 투광부(402)의 라인방향에서, 위상시프터(403)가 투광부(402)보다 짧은 것, 바꿔 말하면 투광부(402)의 장변방향의 단부(라인단부)가 위상시프터(403)의 라인단부보다 돌출되어 있는 것이다. 또, 투광부(402)의 라 인단부와 마주 보는 위상시프터(404)의 길이는 투광부(402)의 폭(라인폭)에 비해 길어도 되고 짧아도 된다.
제 4 실시예에 의하면, 상술한 제 1∼제 3 실시예의 효과에 덧붙여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 일반적으로 개구패턴(투광부)에 의한 라인형상 패턴의 형성에서는 라인단부에서의 광투과량이 저하되므로, 노광 후에 형성되는 패턴에서의 라인단부가 후퇴하고, 그 결과, 라인길이가 감소한다는 문제점이 발생한다. 이에 대하여, 본 실시예에서는 개구패턴의 라인단부를 둘러싸는 위상시프터를 제거함으로써 개구패턴을 투과하는 광의 양을 증가시킬 수 있으므로, 노광 후에 형성되는 패턴(이하, 전사패턴이라 함)에서의 라인단부의 후퇴를 방지할 수 있다.
도 21의 (b)는 도 21의 (a)에 나타내는 포토마스크에서 투광부(402)의 라인단부가 위상시프터(403)의 라인단부보다 돌출되는 치수를 Z로 하고, Z = 0 및 Z = 100nm의 각각의 경우에서의 패턴형성 모의실험을 행한 결과를 나타낸다.
또, 도 21의 (b)의 횡축에서, 눈금이 0인 위치가 투광부(402)(개구패턴)의 단부와 대응한다. 또, 도 21의 (b)에서는 Z = 100nm로 하였을 때의 패턴형상을 실선을 이용하여 나타내는 것과 함께, Z = 0nm로 하였을 때의 패턴형상을 점선을 이용하여 나타낸다. 도 21의 (b)에 나타내는 바와 같이, 개구패턴에 평행하게 배치되는 위상시프터 중, 개구패턴의 라인단부 근방에 배치되어 있는 부분을 제거함으로써, 전사패턴(레지스트 패턴)에서의 라인단부의 후퇴를 방지할 수 있다.
이하, 전사패턴에서의 라인단부의 후퇴를 방지하기 위한, 개구패턴의 라인단부 주변에서의 위상시프터를 제거하는 영역을 모의실험에 의해 정량화한 결과에 대 하여 설명한다.
도 22의 (a)는 상기 모의실험에 이용한 포토마스크의 평면구성을 나타낸다. 또, 도 22의 (a)에서 도 21의 (a)와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
도 22의 (a)에 나타내는 바와 같이, 라인단부에서 서로 대향하는 폭 L의 한쌍의 라인형상 투광부(개구패턴)(402)의 각각에 대하여, 투광부(402)가 사이에 놓이도록 투광부(402)의 라인방향을 따라 폭 d의 한쌍의 위상시프터(403)가 배치되어 있다. 이 때, 투광부(402)를 사이에 둔 위상시프터(403)의 중심선끼리의 사이의 거리를 2 ×PW로 한다. 또, 투광부(402)의 라인단부 주변에서의 위상시프터(403)가 제거되어 있는 치수를 Z로 한다.
도 22의 (b)는 도 22의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행한 경우에 형성되는 패턴형상을 나타낸다. 도 22의 (b)에서, 한쌍의 투광부(402)와 대응하는 한쌍의 전사패턴(레지스트 패턴)의 라인단부끼리의 간격을 V로 한다.
도 22의 (c)는 도 22의 (a)에 나타내는 포토마스크에서 L = 110nm, 2 ×PW = 180nm, d = 30nm로 하여, 각종 Z(이하, 시프터 제거치수라 함)에 대하여, 전사패턴에서의 라인단부 사이의 치수(이하, 패턴치수라 함) V를 광강도 모의실험에 의해 계산한 결과를 나타낸다. 여기에서, 광강도 모의실험에서의 노광조건은 노광파장 λ이 193 nm, 개구수 NA가 0.7이다. 또, 조명조건으로서, 외경의 간섭도가 0.8, 내경의 간섭도가 0.53이 되는 2/3 환상조명을 이용했다. 또, 반차광부(401)의 투과율을 6%로 하였다. 또, 도 22의 (c)에서는 시프터 제거치수 Z를 횡축에 나타내는 것 과 함께, Z를 λ/ NA에 의해 규격화하고 있다. 또한, 도 22의 (c)에서, 패턴치수 V를 종축에 나타낸다.
도 22의 (c)에 나타내는 바와 같이, Z = 0에서는 패턴치수 V는 160nm 정도인 한편, Z가 증가함에 따라 패턴치수 V는 감소한다. 즉, 전사패턴에서의 라인단부의 후퇴량이 감소하고 있다. 이 때, Z의 값이 0.1 ×λ/ NA를 넘으면 패턴치수 V는 거의 120nm가 되고, 그 이하로는 감소하지 않는다. 또, Z의 값이 0.03 ×λ/ NA일 때에 패턴치수 V가 140nm 정도까지 감소하고 있기 때문에 Z가 0.03 ×λ/ NA 정도인 경우에도 본 실시예의 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예에서, 전사패턴에서의 라인단부의 후퇴를 방지하기 위해서는, 라인형상의 개구패턴의 라인단부가 개구패턴에 평행하게 배치된 위상시프터에 비해 소정의 치수 이상 돌출된 마스크구성을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 소정의 치수는 0.1 ×λ/ NA 정도인 것이 바람직하지만, 소정의 치수가 0.03 ×λ/ NA 정도이더라도 효과는 얻어진다.
즉, 라인형상의 개구패턴의 라인단부는 위상시프터에 비해 0.03 ×λ/ NA 정도 이상 돌출되어 있는 것이 바람직하다. 단, 윤곽강조법의 원리를 유효하게 이용하기 위해서는, 개구패턴의 라인단부의 돌출치수(Z)는 0.5×λ/ NA 정도 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 윤곽강조법의 원리를 얻기 위해서는 개구패턴으로부터 광의 간섭거리가 되는 0.5 ×λ/ NA 정도 이하의 거리에 위상시프터가 배치되는 것이 바람직하므로, 개구패턴의 라인단부의 돌출치수, 즉 위상시프터가 개구패턴에 평행하게 배치되어 있지 않은 영역의 치수는 0.5 ×λ/ NA 이하인 것이 바람직하기 때문이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 라인형상의 스페이스 패턴을 형성할 때 라인형상의 개구패턴과 그 주변에 배치되는 위상시프터와의 관계에서, 개구패턴의 라인단부가 라인방향을 따라 개구패턴에 평행하게 배치되는 위상시프터의 라인단부보다 돌출되는 구성을 이용함으로써, 라인형상의 스페이스 패턴에서의 라인단부의 후퇴를 방지할 수 있다.
또, 본 실시예에서도 포토마스크의 단면구조로서, 예컨대 제 1 실시예에서의 도 6의 (a)∼(d)에 나타내는 단면구조를 이용할 수 있다.
(제 4 실시예의 변형예)
이하, 본 발명의 제 4 실시예의 변형예에 관한 포토마스크에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 23의 (a)는 제 4 실시예의 변형예에 관한 포토마스크의 평면도이다. 본 변형예의 포토마스크는 미세한 라인형상의 스페이스 패턴을 형성하기 위한 것이다.
도 23의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(400) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(401)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(401)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 스페이스 패턴과 대응하는 위치에는 투광부(402)가 되는 라인형상의 개구패턴이 설치되어 있다. 또한, 투광부(402)의 주변에는 반차광부(401)를 사이에 두고, 위상시프터(403, 404)로 되는 보조패턴이 투광부(402)를 둘러싸도록 설치되어 있다. 구체적으로는, 한쌍의 위상시프터(403)가 투광부(402)가 사이에 놓이도록 투광부(402)의 장변방향(라인방향)을 따라 투광부(402)에 평행하게 배치되어 있는 것과 함께, 한쌍의 위상시프터(404)가 투광부(402)가 사이에 놓이도록 투광부(402)의 단변방향을 따라 투광부(402)에 평행하게 배치되어 있다.
본 변형예의 특징은 라인방향으로 연장되는 위상시프터(403)가 투광부(402)의 라인중앙부(정확하게는 후술하는 라인단부 이외의 부분)에 평행하게 배치된 위상시프터(403a)와, 투광부(402)의 라인단부(정확하게는 라인단부로부터의 거리 Z가 0.1 ×λ/ NA 이내인 부분)에 평행하게 배치된 위상시프터(403b)로 구성되어 있는 것이다. 여기에서, 투광부(402)의 라인중앙부를 사이에 두는 한쌍의 위상시프터(403a)는 고립하여 배치되는 스페이스 패턴의 형성이 우수한 마스크구성이 되도록 투광부(402)를 사이에 두고, 위상시프터(403a) 끼리의 간격(정확하게는 위상시프터(403a)의 중심선끼리의 간격)이 PW0 ×2가 되도록 배치되어 있다. 또, 투광부(402)의 라인단부를 사이에 두는 한쌍의 위상시프터(403b)는 투광부(402)를 사이에 두고 위상시프터(403b)끼리의 간격(정확하게는 위상시프터(403b)의 중심선끼리의 간격)이 PWZ ×2가 되도록 배치되어 있다. 또, PWZ ×2 > PW0 ×2이다. 또, 투광부(402)의 라인단부와 대향하는 위상시프터(404)의 길이는 투광부(402)의 폭(라인폭)에 비해 길어도 되고 짧아도 된다.
그런데, 제 4 실시예에서는 위상시프터(403)에서의 투광부(402)의 라인단부를 둘러싸는 부분을 제거함으로써, 투광부(402)를 투과하는 광의 양을 증가시켰다(도 21의 (a) 참조). 이에 대하여, 본 변형예에서는 위상시프터(403)에서의 투광부(402)의 라인단부를 둘러싸는 부분, 즉 위상시프터(403b)를 투광부(402)(개 구패턴)로부터 멀게 함으로써, 개구패턴을 투과하는 광의 양을 증가시키고, 그것에 의해 전사패턴에서의 라인단부의 후퇴를 방지한다.
즉, 본 변형예에 의해, 제 4 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 23의 (b)는 도 23의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행함으로써 형성되는 레지스트 패턴의 형상을 모의실험을 이용하여 구한 결과를 나타낸다. 또, 도 23의 (b)의 횡축에서, 눈금이 0인 위치가 투광부(402)(개구패턴)의 단부와 대응한다. 또, 도 23의 (b)에서는 PWZ = PW0으로 하였을 때의(즉, 위상시프터(403b)를 투광부(402)로부터 멀리하지 않을 때의) 패턴형상을 점선을 이용하여 나타내는 것과 함께, PWZ = 1.2 ×PW0로 하였을 때의(즉, 위상시프터(403b)를 투광부(402)로부터 멀리하였을 때의) 패턴형상을 실선을 이용하여 나타낸다. 또, 위상시프터(403b)의 길이 Z는 0.1 ×λ/ NA(약 270nm)이다. 도 23의 (b)에 나타내는 바와 같이, 개구패턴에 평행하게 배치되는 위상시프터 중, 개구패턴의 라인단부 근방에 배치되어 있는 부분을 개구패턴으로부터 멀게 배치함으로써, 전사패턴(레지스트 패턴)에서의 라인단부의 후퇴를 방지할 수 있다.
이하, 전사패턴에서의 라인단부의 후퇴를 방지하기 위한, 개구패턴의 라인단부 주변에서의 위상시프터를 개구패턴으로부터 멀게 하는 영역을 모의실험에 의해 정량화한 결과에 대하여 설명한다.
도 24의 (a)는 상기 모의실험에 이용한 포토마스크의 평면구성을 나타낸다. 또, 도 24의 (a)에서, 도 23의 (a)와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 또한, 도 24의 (a)에 나타내는 포토마스크는 개구패턴(투광부)(402)에서의 라인단부로부터 치수 Z까지의 부분에 대하여 평행하게 위상시프터(403b)가 배치되어 있는 점을 제외하고, 제 4 실시예에서의 도 22의 (a)에 나타내는 포토마스크와 동일한 구성을 갖는다.
여기에서, 투광부(402)의 라인단부를 사이에 두는 한쌍의 위상시프터(403b)의 중심선끼리의 간격을 2 ×PWZ로 한다. 또, 투광부(402)의 라인중앙부를 사이에 두는 한쌍의 위상시프터(403a)의 중심선끼리의 간격을 2 ×PW로 한다.
도 24의 (b)는 도 24의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행한 경우에 형성되는 패턴형상을 나타낸다. 도 24의 (b)에서, 한쌍의 투광부(402)와 대응하는 한쌍의 전사패턴(레지스트 패턴)의 라인단부끼리의 간격을 V로 한다.
도 24의 (c)는 도 24의 (a)에 나타내는 포토마스크에서 L = 110nm, 2 ×PW = 180nm, d = 30nm, Z = 270nm로 하고, 각종 2 ×PWZ(이하, 시프터 간격이라 함)에 대하여 전사패턴에서의 라인단부 사이의 치수(패턴치수) V를 광강도 모의실험에 의해 계산한 결과를 나타낸다. 여기에서, 광강도 모의실험에서의 노광조건은 노광파장 λ이 193nm, 개구수 NA가 0.7이다. 또, 조명조건으로서, 외경의 간섭도가 0.8, 내경의 간섭도가 0.53이 되는 2/3 환상조명을 이용했다. 또, 반차광부(401)의 투과율을 6%로 하였다. 또, 도 24의 (c)에서는 시프터간격 2 ×PWZ의 증가분인 2 ×(PWZ - PW)를 λ/ NA에 의해 규격화하여 횡축에 나타내는 것과 함께, 패턴치수 V를 종축에 나타낸다.
도 24의 (c)에 나타내는 바와 같이, 2 ×(PWZ - PW) = 0에서는 패턴치수 V는 160nm 정도인 한편, 2 ×(PWZ - PW)가 증가함에 따라 패턴치수 V는 감소한다. 즉, 전사패턴에서의 라인단부의 후퇴량이 감소하고 있다. 이 때, 2 ×(PWZ - PW)의 값이 0.1 ×λ/ NA를 초과하면 패턴치수 V는 거의 120 nm가 되고, 그 이하로는 감소하지 않는다. 또, 2 ×(PWZ - PW)의 값이 0.03 ×λ/ NA일 때 패턴치수 V가 140nm 정도까지 감소하고 있기 때문에, 2 ×(PWZ - PW)가 0.03 ×λ/ NA 정도인 경우에도 본 변형예의 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 변형예에서, 전사패턴에서의 라인단부의 후퇴를 방지하기 위해서는, 라인형상의 개구패턴의 라인단부에 대하여 평행하게 배치된 한쌍의 위상시프터끼리의 간격(2 ×PWZ)이, 개구패턴의 라인중앙부에 대하여 평행하게 배치된 한쌍의 위상시프터끼리의 간격(2 ×PW)에 비해 소정의 치수 이상 큰 마스크 구성을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 소정의 치수는 0.1 ×λ/ NA 정도인 것이 바람직하지만, 소정의 치수가 0.03 ×λ/ NA 정도이더라도 효과는 얻어진다.
즉, 2 ×(PWZ - PW)는 0.03 ×λ/ NA 정도 이상인 것이 바람직하다. 단, 윤곽강조법의 원리를 유효하게 이용하기 위해서는 PWZ - L/2는 0.5 ×λ/ NA 정도 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 윤곽강조법의 원리를 얻기 위해서는, 개구패턴으로부터 광의 간섭거리가 되는 0.5 ×λ/ NA 이하의 거리에 위상시프터가 배치되는 것이 바람직하므로, PWZ - L / 2, 즉 위상시프터를 개구패턴으로부터 멀게 하는 거리는 0.5 ×λ/ NA 이하인 것이 바람직하기 때문이다.
또, 본 변형예에서, 치수 Z(위상시프터(403b)의 길이)는 제 4 실시예의 치수 Z와 마찬가지로, 0.03 ×λ/ NA 정도 이상이고 또한 0.5 ×λ/ NA 정도 이하인 것이 바람직하다.
(제 5 실시예)
이하, 본 발명의 제 5 실시예에 관한 패턴형성방법, 구체적으로는 제 1∼제 4 실시예(또는 각 실시예의 변형예) 중 어느 하나에 관한 포토마스크(이하, 본 발명의 포토마스크라 함)를 이용한 패턴형성방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 25의 (a)∼(d)는 제 5 실시예에 관한 패턴형성방법의 각 공정을 나타내는 단면도이다.
우선, 도 25의 (a)에 나타내는 바와 같이, 기판(500) 상에, 예컨대 금속막 또는 절연막 등의 피가공막(501)을 형성한 후, 도 25의 (b)에 나타내는 바와 같이, 피가공막(501) 상에 예컨대 포지티브형의 레지스트막(502)을 형성한다.
다음에, 도 25의 (c)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크, 예컨대 도 2의 (a)에 나타내는 제 1 실시예에 관한 포토마스크(보다 자세하게는 도 6의 (c)에 나타내는 단면구조를 갖는 포토마스크)를 통해 노광광(503)을 레지스트막(502)에 대하여 조사한다. 이로 인하여, 해당 포토마스크를 투과한 노광광(503)에 의해 레지스트막(502)이 노광된다.
또, 도 25의 (c)에 나타내는 공정에서 이용하는 포토마스크의 투과성 기판(100) 상에는 반차광부로 되는 반차광막(박막)(107)이 형성되어 있고, 상기 반차광막(107)에는 노광에 의해 전사되는 콘택트패턴과 대응하는 개구부가 설치되어 있다. 또, 해당 개구부 주변의 반차광막(107)에는 위상시프터 형성영역과 대응하는 다른 개구부가 설치되는 것과 함께, 상기 다른 개구부의 하측(도면에서는 상측)의 투과성 기판(100)을 파내려 감으로써 보조패턴이 되는 위상시프터가 설치되어 있다.
본 실시예에서는 도 25의 (c)에 나타내는 노광공정에서, 경사입사 노광용 광원을 이용하여 레지스트막(502)에 대하여 노광을 행한다. 이 때, 낮은 투과율을 갖는 반차광부가 차광패턴으로서 이용되고 있기 때문에, 레지스트막(502)의 전체가 약한 에너지로 노광된다. 그러나, 도 25의 (c)에 나타내는 바와 같이, 이후의 현상공정에서 레지스트가 용해하기에 충분한 노광에너지가 조사되는 것은, 콘택트패턴, 즉 포토마스크의 개구부(투광부)와 대응하는 레지스트막(502)의 잠상부분(502a) 뿐이다.
다음에, 도 25의 (d)에 나타내는 바와 같이, 레지스트막(502)에 대하여 현상을 행하여 잠상부분(502a)을 제거함으로써 미세한 콘택트패턴을 갖는 레지스트 패턴(504)을 형성한다.
제 5 실시예에 의하면, 본 발명의 포토마스크(구체적으로는 제 1 실시예에 관한 포토마스크)를 이용한 패턴형성방법이기 때문에, 제 1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 레지스트가 도포된 기판(웨이퍼)에 대하여 본 발명의 포토마스크를 통해 경사입사 노광을 행할 때, 초점심도 및 노광마진이 최대화되도록 포토마스크 상에 위상시프터가 배치되어 있기 때문에, 초점심도 및 노광마진이 높은 미세 콘택트패턴 형성이 가능해진다.
또, 제 5 실시예에서, 제 1 실시예에 관한 포토마스크를 이용했지만, 그 대신에 제 2∼제 4 실시예 중 어느 하나에 관한 포토마스크를 이용한 경우에도, 각 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 제 5 실시예에서, 포지티브형 레지스트 프로세스를 이용했지만, 그 대신에 네거티브형 레지스트 프로세스를 이용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또, 제 5 실시예에서, 도 25의 (c)에 나타내는 노광광을 조사하는 공정에서는 경사입사 조명법(경사입사 노광법)을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 패턴형성에서의 노광마진 및 포커스마진이 향상된다. 바꿔 말하면 디포커스(defocus) 특성이 우수한 미세 패턴형성이 가능해진다.
또, 본 명세서에서, 경사입사 노광광원이란 도 26의 (a)에 나타내는 바와 같은 통상 노광광원에 대하여, 수직입사성분이 제거된, 도 26의 (b)∼(d)에 나타내는 바와 같은 광원을 의미한다. 대표적인 경사입사 노광광원으로서는, 도 26의 (b)에 나타내는 환상 노광광원 및 도 26의 (c)에 나타내는 4중극 노광광원이 있다. 여기에서, 콘택트패턴을 형성하는 경우에는 환상 노광광원을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 라인형상의 스페이스 패턴을 형성하는 경우에는 4중극 노광광원을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 콘택트패턴 및 라인형상의 스페이스 패턴의 양쪽을 형성하는 경우에는 도 26의 (d)에 나타내는 대상-4중극 혼성형 노광광원을 이용하는 것이 바람직하다. 이 대상-4중극 혼성형 노광광원의 특징은 광원중심(통상 노광광원의 중심)을 원점으로 하여 XY 좌표를 상정했을 때에, 광원중심과 XY축 상의 광원부분을 제거함으로써 4중극 노광광원의 특징을 갖는 것과 함께, 광원의 외형으로서 원형을 채용함으로써 환상 노광광원의 특징을 갖는 것이다.
또, 환상 노광광원, 즉 환상조명을 이용하는 경우, 그 외경이 0.7보다도 큰 광원을 이용하는 것이 바람직하다. 여기에서, 축소투영 노광시스템에서의 조명반경을 개구수 NA에 의해 규격화한 단위를 이용하여 나타내는 것으로 한다. 이것은, 통상조명(통상 노광광원)에서의 간섭도에 상당하는 값이다. 이하, 상술한 외경이 0.7보다 큰 광원을 이용하는 것이 바람직한 이유에 대하여 상세히 설명한다.
도 27의 (a)∼(e)는 본 발명의 포토마스크를 이용한 노광의 특성의 환상조명의 직경에 대한 의존성을 모의실험에 의해 구한 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 27의 (a)는 상기의 모의실험에 이용한 마스크의 평면구성을 나타낸다. 도 27의 (a)에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(510) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(511)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(511)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 콘택트패턴과 대응하는 위치에는 투광부(512)가 되는 개구패턴이 설치되어 있다. 또, 투광부(512)의 주변에는 반차광부(511)를 사이에 두고, 위상시프터(513)로 되는 보조패턴이, 예컨대 사각형상의 투광부(512)의 각 변과 평행하게 설치되어 있다.
여기에서, 투광부(512)의 치수 W를 130nm로 하고, 위상시프터(513)의 폭 d를 40nm로 하며, 투광부(512)를 사이에 두는 한쌍의 위상시프터(513)끼리의 간격 PG을 220nm로 한다. 또한, 모의실험에서의 노광조건에 대해서는 노광파장 λ를 193nm로 하고, 개구수 NA를 0.70으로 하였다. 즉, 조명시스템에서 최적의 포토마스크가 구성되도록 각종 설정을 행하였다.
도 27의 (b)는 도 27의 (a)에 나타내는 포토마스크에 의한 노광에 이용하는 환상조명(환상 노광광원)을 나타낸다. 도 27의 (b)에 나타내는 바와 같이, 환상조 명의 내경을 S1로 나타내고, 외경을 S2로 나타내는 것으로 한다. 단, S1 및 S2에 대해서는 NA에 의해 규격화된 값을 이용하여 나타내는 것으로 한다.
도 27의 (c)는 도 27의 (b)에 나타내는 환상조명을 이용하여 도 27의 (a)에 나타내는 포토마스크에 대하여 노광을 행했을 때에 웨이퍼 상(도 27의 (a)의 선분 AA'와 대응하는 위치)에 형성되는 광강도 분포를 나타낸다. 도 27의 (c)에 나타내는 바와 같이, 도 27의 (a)에 나타내는 포토마스크의 개구부(투광부(512))와 대응하는 위치에서의 광강도의 피크값을 Io로 한다. 이 Io가 클수록 콘트라스트가 높은 광학상이 형성된다.
도 27의 (d)는 도 27의 (b)에 나타내는 환상조명에서 (S2-S1)을 0.01에 고정하고 또한 (S1+S2)/2를 0.4부터 0.95까지 변화시킨 경우의 Io의 값을 모의실험에 의해 구한 결과를 플로트한 그래프이다. 도 27의 (d)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크에서는 환상조명에서의 조명영역(광원영역)이 조명계(광원)의 중심으로부터 떨어진 위치에 분포되어 있을수록 콘트라스트가 높아지는 것을 알 수 있다.
도 27의 (e)는 도 27의 (b)에 나타내는 환상조명에서 (S2-S1)을 0.01에 고정하고 또한 (S1+S2)/2를 0.4부터 0.95까지 변화시키면서 도 27의 (a)에 나타내는 포토마스크를 이용하여 치수 100nm의 콘택트홀 패턴을 형성한 경우의 초점심도 (D0F)의 값을 모의실험에 의해 구한 결과를 플로트한 그래프이다. 도 27의 (e)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 포토마스크에서는 환상조명에서의 조명영역이 조명계의 중심으로부터 0.7보다 멀리 떨어진 위치에 분포하고 있을 때에, 초점심도가 최대가 되는 것을 알 수 있다.
즉, 도 27의 (d) 및 (e)의 2개의 그래프에 나타내는 결과로부터, 높은 콘트라스트와 높은 초점심도를 동시에 얻기 위해서는, 환상조명에서의 조명영역이 조명계의 중심으로부터 0.7보다 멀리 떨어진 영역을 함유하고 있는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
(제 6 실시예)
이하, 본 발명의 제 6 실시예에 관한 마스크 데이터 작성방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예는 제 1∼제 4 실시예에 관한 포토마스크(이하, 본 발명의 포토마스크라 함)의 마스크 데이터작성을 행하는 것이기도 하다.
여기에서, 구체적인 마스크 데이터 작성방법의 흐름에 대하여 설명하기 전에, 본 발명의 포토마스크에 의해 고정밀도의 패턴치수를 제어하기 위한 조건에 대하여 설명한다.
본 발명의 포토마스크에서는 노광 후에 형성되는 패턴의 치수, 즉 CD(Critical Dimension)는 위상시프터(보조패턴) 및 투광부의 양쪽에 의존하여 결정된다. 그러나, 투광부 또는 위상시프터 중 어느 쪽이 고정되면 실현 가능한 패턴치수는 한정된다.
이하, 도 28에 나타내는 포토마스크를 예로 들어 설명한다. 도 28에 나타내는 바와 같이, 투과성 기판(600) 상에는 충분히 넓은 영역을 덮도록 반차광부(601)가 형성되어 있다. 또, 반차광부(601)에서의, 노광에 의해 웨이퍼 상에 형성하고자 하는 원하는 콘택트패턴과 대응하는 위치에는, 투광부(602)가 되는 개구패턴이 설 치되어 있다. 또, 투광부(602)의 주변에는 반차광부(601)를 사이에 두고, 위상시프터(603)가 되는 보조패턴이, 예컨대 사각형의 투광부(602)의 각 변과 평행하게 설치되어 있다. 여기에서, 투광부(602)의 폭을 W로 한다. 또한, 본 실시예에서는 투광부(602)를 둘러싸는 위상시프터(603) 중, 투광부(602)를 사이에 두고 쌍을 이루는 위상시프터(603)를 윤곽시프터라 칭하는 것과 함께, 윤곽시프터끼리의 간격(내폭)을 윤곽시프터의 내경 PG라 정의한다.
이러한 포토마스크에서 PG = PGC로 고정되면 해당 포토마스크에 의해 실현 가능한 최대 CD가 결정된다. 이 포토마스크에서, CD는 W에 비례하여 변화하는 한편, W는 PGC보다 커지지 않는다. 따라서, W = PGC가 될 때의 CD가 실현 가능한 최대 CD로 된다. 여기에서, 윤곽시프터의 내경 PG가 결정한 단계에서 결정되는 CD의 최대값을 허용 최대 CD값이라 한다.
또, 반대로, 상기 포토마스크에서 W = WC에 고정되면 해당 포토마스크에 의해 실현 가능한 최소 CD가 결정된다. 이 포토마스크에서 CD는 PG에 비례하여 변화하는 한편, PG는 WC보다 작아지지 않는다. 따라서, PG = WC가 될 때의 CD가 실현 가능한 최소 CD로 된다. 여기에서, W가 결정한 단계에서 결정되는 CD의 최소값을 허용 최소 CD값이라 한다.
이상에서, 본 실시예에서는 제 1 단계로서, 원하는 CD에 대하여 최대 허용 CD가 원하는 CD보다 커지도록 PG를 결정한 후, 패턴끼리의 사이의 정확한 근접관계 등을 고려하여 원하는 CD를 실현하는 W를 고정밀도로 산출한다. 이로 인하여, 고정밀도의 패턴치수제어를 실현할 수 있는 마스크 데이터 작성방법이 실현된다.
이하, 본 실시예의 마스크 데이터 작성방법의 흐름에 대하여 상세히 설명한다.
도 29는 본 실시예의 마스크 데이터 작성방법의 기본흐름을 나타내는 도면이다. 또, 도 30의 (a)∼(c) 및 도 31의 (a), (b)는 각각 본 실시예의 마스크 데이터 작성방법의 각 공정에서의 구체적인 마스크패턴 작성예를 나타내는 도면이다.
도 30의 (a)는 본 발명의 포토마스크에 의해 형성하고자 하는 원하는 패턴, 구체적으로는 본 발명의 포토마스크의 투광부(개구부)와 대응하는 설계패턴의 일례를 나타낸다. 즉, 도 30의 (a)에 나타내는 패턴(701∼703)이 본 발명의 포토마스크를 이용한 노광에서 레지스트를 감광시키고 싶은 영역에 상당하는 패턴이다.
또, 본 실시예에서 패턴형성에 대하여 설명하는 경우, 특별히 언급하지 않는 한, 포지티브형 레지스트 프로세스의 사용을 전제로 하여 설명한다. 즉, 현상에 의해 레지스트 감광영역이 제거되고 또한 레지스트 비감광영역이 레지스트 패턴으로서 잔존하는 것을 상정하여 설명한다. 따라서, 포지티브형 레지스트 프로세스 대신에 네거티브형 레지스트 프로세스를 사용하는 경우에는, 레지스트 감광영역이 레지스트 패턴으로서 잔존하고 또한 레지스트 비감광영역이 제거되는 것 이외에는 동일하게 생각하면 된다.
우선, 단계 S1에서, 도 30의 (a)에 나타내는 원하는 패턴(701∼703)을 마스크 데이터 작성에 이용하는 컴퓨터에 입력한다. 이 때, 마스크패턴을 구성하는 위상시프터 및 반차광부의 각각의 투과율을 설정해 둔다.
다음에, 단계 S2에서, 노광조건 및 상기의 위상시프터 및 반차광부의 투과율 등의 마스크 파라미터에 기초하여, 원하는 각 패턴(701∼703)에 대하여 필요하게 되는 윤곽시프터의 내경을 파악한다. 여기에서, 각 윤곽시프터의 내경은 각 패턴(즉, 레지스트에서의 원하는 감광영역)끼리의 근접관계(이하, 패턴 근접관계라 함)를 고려하여 각 패턴마다 설정되는 것이 바람직하다. 그러나, 윤곽시프터의 내경과 대응하여 결정되는 허용 최대 CD값이 원하는 CD보다 커지는 것이 필요조건이므로, 일례로서, 원하는 CD를 일률적으로 확대함으로써 윤곽시프터의 내경을 설정해도 된다. 단, 상기 확대량으로서는 패턴 근접관계에 의해 변화하는 CD값 이상의 값이 필요하게 된다.
다음에, 단계 S3에서, 윤곽시프터를 생성한다. 여기에서, 윤곽시프터의 내경 PG는 단계 S2에서 결정된 것이다. 또한 이 때, 각 윤곽시프터의 폭을 패턴 근접관계에 따라 변화시키는 것이 바람직하지만, 패턴형성 특성에서의 마진이 허용범위가 되는 것이면, 해당 폭을 일률적인 치수로 설정해도 된다. 단, 이웃하는 패턴의 각각과 대응하는 윤곽시프터(즉, 위상시프터)끼리의 간격이 마스크 가공특성에서의 허용값 이하까지 작아지는 경우, 해당 각 윤곽시프터끼리 결합함으로써 하나의 위상시프터를 생성해도 된다. 즉, 예컨대 도 30의 (b)에 나타내는 바와 같이, 원하는 패턴(701∼703)에 대응하여, 윤곽시프터(711∼714)를 생성한다. 여기에서, 윤곽시프터(711∼713)는 각각 원하는 패턴(701∼703)과 대응하는 고유의 윤곽시프터이다. 또, 윤곽시프터(714)는 원하는 패턴(702, 703)의 각각과 대응하는 윤곽시프터끼리를 결합한 결과로서 발생한 것이다. 바꿔 말하면, 윤곽시프터(714)는 원하는 패턴(702, 703)의 양쪽에 공유되는 윤곽시프터이다.
다음에, 단계 S4에서, 본 발명의 포토마스크를 이용하여 노광을 행했을 때에, 포토마스크의 개구패턴(투광부)에 대응하여, 원하는 치수를 갖는 패턴이 형성되도록, 마스크패턴의 치수를 조정하는 처리(즉, 0PC 처리)를 준비한다. 본 실시예에서는 이미 단계 S3까지 위상시프터(윤곽시프터)가 결정되어 있으므로, 0PC 처리에서는 투광부의 치수만을 조정함으로써 원하는 CD를 실현할 수 있는 포토마스크 데이터를 작성한다. 그 때문에, 예컨대 도 30의 (c)에 나타내는 바와 같이, 단계 S3에서 작성한 윤곽시프터(711∼714)의 내측에 투광부가 되는 개구패턴(721∼723)을 설정하는 것과 함께, 해당 개구패턴(721∼723)을 CD 조정패턴으로 설정한다. 여기에서, 원하는 패턴(701∼703)을, 목적으로 하는 타겟패턴으로서 설정해 둔다. 또, 윤곽시프터(711∼714)는 CD를 조정하기 위해서는 변형되지 않지만, 마스크 상에 존재하는 패턴으로서, 또 CD 예측에서 참조하기 위한 참조패턴으로서 정의된다.
다음에, 단계 S5에서, 도 31의 (a)에 나타내는 바와 같이, 포토마스크의 백그라운드에, 즉 개구패턴(721∼723) 및 윤곽시프터(711∼714)의 외측에 개구패턴(721∼723)을 기준으로 하여 노광광을 같은 위상으로 또한 부분적으로 투과시키는 반차광부(750)를 설정한다. 또, 윤곽시프터(711∼714)는 개구패턴(721∼723)을 기준으로 하여 노광광을 반대 위상으로 투과시키는 위상시프터로서 설정된다.
다음에, 단계 S6, 단계 S7및 단계 S8에서, 0PC 처리(예컨대, 모델 베이스 0PC 처리)를 행한다. 구체적으로는 단계 S6에서, 광학원리 및 레지스트 현상특성 및 필요하다면 에칭특성 등을 고려한 모의실험에 의해 본 발명의 포토마스크에 의 해 형성되는 레지스트 패턴의 치수(정확하게는 레지스트 감광영역의 치수)를 예측한다. 계속해서, 단계 S7에서, 예측된 패턴의 치수가 원하는 타겟패턴의 치수와 일치하고 있는지의 여부를 조사한다. 일치하지 않는 경우, 단계 S8에서 패턴의 예측치수와 원하는 치수의 차에 기초하여 CD 조정패턴을 변형시키고, 그것에 의해 마스크패턴을 변형한다.
여기에서, 본 실시예의 특징은 단계 S3에서 원하는 CD를 실현할 수 있는 윤곽시프터를 미리 결정해 두고, 단계 S4에서 설정된 CD 조정패턴만을 단계 S6∼S8에서 변화시킴으로써, 원하는 치수를 갖는 패턴을 형성할 수 있는 마스크패턴을 실현하는 것이다. 즉, 단계 S6∼S8을 패턴의 예측치수와 원하는 치수가 일치할 때까지 반복함으로써, 최종적으로 단계 S9에서 원하는 치수를 갖는 패턴을 형성할 수 있는 마스크패턴을 출력한다. 도 31의 (b)는 단계 S9에서 출력된 마스크패턴의 일례를 나타낸다.
이상에서 설명한 제 6 실시예에 관한 마스크 데이터 작성방법에 의해 작성된 마스크패턴을 구비한 본 발명의 포토마스크를 이용하여, 레지스트가 도포된 웨이퍼에 대하여 노광을 행하면, 개구패턴을 투과한 광의 콘트라스트가 개구패턴의 주변에 배치된 윤곽시프터에 의해 강조된다. 이 때문에, 개구패턴과 대응하는 레지스트영역에 미소한 스페이스 패턴을 형성할 수 있다.
또, 제 6 실시예에 의하면, 원하는 CD를 확실하게 실현할 수 있는 윤곽 강조마스크를 작성할 수 있으므로, 미소한 스페이스 패턴을 원하는 치수대로 정밀도가 좋게 형성할 수 있다.
그런데, 본 실시예의 단계 S2에서는 윤곽시프터의 내경을 원하는 CD를 일률적으로 확대함으로써 설정하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 제 3 실시예에서 설명한 바와 같이, 양호한 패턴형성특성을 얻기 위해서는 패턴 근접관계에 따라 개구패턴의 중심으로부터 위상시프터까지의 거리를 변화시키는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제 3 실시예에서는 바람직한 위상시프터의 배치위치를 개구패턴 중심으로부터 위상시프터의 중심선까지의 거리로서 정의하였다. 따라서, 본 실시예에서는 이 거리에 기초하여 윤곽시프터의 내경을 산출함으로써 보다 미세패턴 형성특성이 우수한 포토마스크의 마스크패턴 데이터를 작성할 수 있다.
또, 본 실시예의 단계 S3에서는 각 원하는 패턴과 대응하는 각 윤곽시프터의 폭을 일률적인 치수로 설정하였다. 그러나, 제 2 실시예에서 설명한 바와 같이, 패턴 근접관계에 따라, 윤곽시프터의 폭을 변화시킨 쪽이 더욱 바람직하다. 구체적으로는 본 실시예에서도 제 2 실시예에서 설명한 바와 같이, 서로 이웃하는 윤곽시프터끼리의 간격에 따라 윤곽시프터, 즉 위상시프터의 폭을 변화시킴으로써, 보다 미세패턴 형성특성이 우수한 포토마스크의 마스크패턴 데이터를 작성할 수 있다.
또, 제 6 실시예에서, 윤곽시프터의 내경을 결정하고 나서 위상시프터 폭을 결정하였지만, 그 대신에 먼저 위상시프터 폭을 결정하고 나서 윤곽시프터의 내경을 결정해도 된다.
또, 제 6 실시예에서, 투과형의 포토마스크를 상정하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 투과율을 반사율로 바꾸어 판독하는 등, 노광광의 투과현상을 모두 반사현상으로 치환하여 생각하면, 반사형 마스크 에 대해서도 본 발명은 성립하는 것이다.
본 발명에 의하면, 투광부를 투과하는 광과 주변부를 투과하는 광의 상호간섭에 의해, 투광부와 주변부 사이의 광강도 분포의 콘트라스트를 강조할 수 있다. 또, 이 콘트라스트 강조효과는, 예컨대 포지티브형 레지스트 프로세스에서 경사입사 노광을 이용하여 투광부와 대응하는 미세한 고립 스페이스 패턴을 형성하는 경우에도 얻어진다. 따라서, 경사입사 노광에 의해, 고립 스페이스 패턴과 고립 라인패턴 또는 밀집패턴을 동시에 미세화할 수 있다. 또, 원하는 미세한 스페이스 패턴이 복잡하게 근접하는 상황에서도 원하는 패턴치수를 양호하게 패턴형성하는 것이 가능한 포토마스크를 실현할 수 있다.

Claims (54)

  1. 노광광에 대하여 차광성을 갖는 반차광부와,
    상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 노광광에 대하여 투광성을 갖는 투광부와,
    상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 투광부의 주변에 상기 반차광부를 삽입하도록 형성되어 있는 보조패턴을 투과성 기판 상에 구비하고,
    상기 투광부는 한 변이 (0.8 ×λ×M) / NA인 사각형보다 작으며,
    상기 보조패턴은 구형 패턴으로, 그 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.3 ×λ×M) / NA 이상이고 또 (0.5 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하고 있고,
    상기 반차광부 및 상기 투광부는 상기 노광광을 서로 동위상으로 투과시키며,
    상기 보조패턴은 상기 반차광부 및 상기 투광부를 기준으로 하여 상기 노광광을 반대위상으로 투과시키고, 또한 노광에 의해 전사되지 않는 것을 특징으로 하는 포토마스크(단, λ은 상기 노광광의 파장이고, M 및 NA는 투영노광 시스템의 축소투영 광학계의 축소배율 및 개구수이다).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조패턴의 폭은 (0.05 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.2 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크(단, T는 상기 보조패턴의 상기 투광부에 대한 상대투과율이다).
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보조패턴의 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.365 ×λ×M) / NA 이상이고 또한 (0.435 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 보조패턴의 폭은 (0.1 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.15 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크(단, T는 상기 보조패턴의 상기 투광부에 대한 상대투과율이다).
  7. 노광광에 대하여 차광성을 갖는 반차광부와,
    상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 노광광에 대하여 투광성을 갖는 투광부와,
    상기 반차광부에 의해 둘러싸이고 또한 상기 투광부의 주변에 상기 반차광부를 삽입하도록 형성되어 있는 보조패턴을 투과성 기판 상에 구비하고,
    상기 투광부는 단변방향의 폭이 (0.65 ×λ×M) / NA보다 작은 라인형상을 가지며,
    상기 보조패턴은 구형 패턴으로, 그 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.25 ×λ×M) / NA 이상이고 또 (0.45 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하고 있고,
    상기 반차광부 및 상기 투광부는 상기 노광광을 서로 동위상으로 투과시키며,
    상기 보조패턴은 상기 반차광부 및 상기 투광부를 기준으로 하여 상기 노광광을 반대위상으로 투과시키고, 또한 노광에 의해 전사되지 않는 것을 특징으로 하는 포토마스크(단, λ은 상기 노광광의 파장이고, M 및 NA는 투영노광 시스템의 축소투영 광학계의 축소배율 및 개구수이다).
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 보조패턴의 폭은 (0.05 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.2 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크(단, T는 상기 보조패턴의 상기 투광부에 대한 상대투과율이다).
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 보조패턴의 중심선은 상기 투광부의 중심으로부터 (0.275 ×λ×M) / NA 이상이고 또한 (0.425 ×λ×M) / NA 이하의 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 보조패턴의 폭은 (0.1 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이상이고 또한 (0.15 ×λ×M) / (NA ×T0.5) 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크(단, T는 상기 보조패턴의 상기 투광부에 대한 상대투과율이다).
  12. 삭제
  13. 삭제
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  17. 삭제
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  19. 삭제
  20. 삭제
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  27. 삭제
  28. 제 7항에 있어서,
    상기 보조패턴은 상기 투광부의 라인방향을 따라서 상기 투광부에 평행하게 배치되어 있고,
    상기 투광부의 라인단부는 상기 라인방향에서 상기 보조패턴에 비해 소정의 치수 이상 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 소정의 치수는 (0.03 ×λ×M) / NA인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
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  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 제 1항에 있어서,
    상기 투광부의 형상은 사각형, 다각형 또는 원형인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  43. 제 1항에 있어서,
    상기 보조패턴은 4개의 구형(矩刑)패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  44. 제 7항에 있어서,
    상기 투광부의 장변방향의 길이는 (2 ×λ×M) / NA 이상인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  45. 제 1항에 있어서,
    상기 반차광부의 투과율은 상기 노광광에 대해서 3% 이상이고 또한 15% 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  46. 제 1항에 있어서,
    상기 보조패턴의 투과율은 적어도 상기 반차광부의 투과율보다 큰 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  47. 제 1항에 있어서,
    상기 보조패턴의 투과율은 상기 투광부의 투과율과 동일한 정도인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  48. 제 7항에 있어서,
    상기 반차광부의 투과율은 상기 노광광에 대해서 3% 이상이고 또한 15% 이하인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  49. 제 7항에 있어서,
    상기 보조패턴의 투과율은 적어도 상기 반차광부의 투과율보다 큰 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  50. 제 7항에 있어서,
    상기 보조패턴의 투과율은 상기 투광부의 투과율과 동일한 정도인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  51. 제 1항, 제 4항 내지 제 7항, 제 9항 내지 제 11항, 제 28항 내지 제 29항, 제 42항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광부는 상기 투광성 기판을 노출시키는 것에 의해 형성되고,
    상기 보조패턴은 상기 투광부와의 사이에서 상기 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 제 1 위상시프트막을 상기 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되며,
    상기 반차광부는 상기 제 1 위상시프트막과의 사이에서 상기 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 제 2 위상시프트막을 상기 제 1 위상시프트막 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  52. 제 1항, 제 4항 내지 제 7항, 제 9항 내지 제 11항, 제 28항 내지 제 29항, 제 42항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광부는 상기 투광성 기판을 노출시키는 것에 의해 형성되고,
    상기 보조패턴은 상기 투광부와의 사이에서 상기 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 상기 투광성 기판을 파내려 감으로써 형성되며,
    상기 반차광부는 상기 투광부를 기준으로 하여 상기 노광광을 동위상으로 투과시키는 반차광막을 상기 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  53. 제 1항, 제 4항 내지 제 7항, 제 9항 내지 제 11항, 제 28항 내지 제 29항, 제 42항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광부는 상기 투광성 기판을 노출시키는 것에 의해 형성되며,
    상기 보조패턴은 상기 투광부와의 사이에서 상기 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 상기 투광성 기판을 파내려 감으로써 형성되고,
    상기 반차광부는 상기 투광부를 기준으로 하여 상기 노광광을 동위상으로 투과시키는 금속박막을 상기 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  54. 제 1항, 제 4항 내지 제 7항, 제 9항 내지 제 11항, 제 28항 내지 제 29항, 제 42항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조패턴은 상기 투광성 기판을 노출시키는 것에 의해 형성되며,
    상기 투광부는 상기 보조패턴과의 사이에서 상기 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 두께만큼 상기 투광성 기판을 파내려 감으로써 형성되고,
    상기 반차광부는 상기 보조패턴과의 사이에서 상기 노광광에 대하여 반대위상의 위상차를 생기게 하는 위상시프트막을 상기 투광성 기판 상에 퇴적함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
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