KR101106321B1 - 마스크 패턴 보정 방법, 노광용 마스크 및 마스크 제조 방법 - Google Patents

마스크 패턴 보정 방법, 노광용 마스크 및 마스크 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 EUV에 대한 반사 기능을 갖는 마스크 블랭크 막과 EUV를 흡수하기 위한 마스크 블랭크 막 상에 패터닝된 흡수막을 포함하는 노광 마스크를 보정하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은 EUV가 마스크의 전면에 수직 입사한 경우 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한 경우에 광 에너지 E0를 구하는 단계와, EUV가 마스크의 전면 상에 수직 입사하고 반사된 경우에 광 에너지 E1을 구하는 단계와, 에너지 Eo와 에너지 E1와의 비교 결과에 기초하여 마스크 패턴에 대한 보정을 하는 단계를 포함한다.
마스크, EUV, 흡수막, 보정

Description

마스크 패턴 보정 방법, 노광용 마스크 및 마스크 제조 방법{METHOD FOR CORRECTING MASK PATTERN, EXPOSURE MASK, AND MASK PRODUCING METHOD}
도 1은 본 발명에 따른 마스크 패턴 보정 방법의 단계의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 웨이퍼 상의 광 강도와 흡수막 표면으로부터의 거리 간의 관계의 일 구체예를 나타내는 그래프이다.
도 3은 허용되는 흡수막의 막 두께와 노광 광의 허용 입사 각도와의 관계를 설명하기 위한 마스크 구조의 예를 나타내는 개요도이다.
도 4는 흡수막의 허용 막 두께와 노광 광의 허용 입사 각도와의 관계를 설명하기 위한 마스크 패턴의 예를 나타내는 개요도이다.
도 5a-d는 도 3의 마스크 구조 및 도 4의 마스크 패턴을 구비하는 노광용 마스크를 이용하여, 노광하여 얻어진 결과의 구체예를 나타내는 그래프로서, 각 입사 각도에 있어서의 흡수막 막 두께와 웨이퍼 상 라인 폭과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 표면 반사율의 콘트라스트와 흡수막의 막 두께와의 관계의 구체예를 나타내는 그래프로서, 반사율 콘트라스트 1% 이하를 얻기 위한 흡수막 막 두께 조건을 설명하는 도면이다.
도 7a-d는 라인 폭 허용량 및 콘트라스트치의 양방을 만족하기 위한 조건의 구체예를 나타내는 그래프로서, 라인 폭 ± 5%을 허용하는 최대 허용 막 두께와 반사율 콘트라스트 1% 이하를 양립시키기 위한 허용 영역을 설명하는 도면이다.
도 8a-b는 마스크 상의 광 강도 분포의 특정 결과의 구체예를 나타내는 그래프이다.
도 9a-d는 마스크 상에 놓을 수 있는 근접장 에너지의 비와 웨이퍼 상의 라인 폭과의 관계의 구체예를 나타내는 그래프이다.
도 10a-b는 마스크 상의 근접장 에너지를 입사 각도 O°(수직 입사)인 경우와 다른 입사 각도를 상대적으로 비교한 구체예를 나타내는 그래프이다.
도 11은 보정 대상이 되는 노광용 마스크 구조의 예를 나타내는 개요도이다.
도 12a-b는 도 11의 노광용 마스크를 이용하여, 노광 광이 마스크 상에 수직 입사하는 경우의 마스크 상의 근접장 에너지와, 노광 광이 비스듬히 입사하는 경우의 마스크 상의 근접장 에너지의 상대량의 구체예를 보정 횟수와 동시에 나타내는 그래프이다.
도 13a-b는 도 11의 노광용 마스크를 이용하여, 보정 횟수마다 마스크 상의 근접장 광 강도가 보정되어 가는 과정 및 보정 횟수마다 웨이퍼 상의 광 강도 분포가 보정되어 가는 과정의 구체예를 나타내는 그래프로서, 도 4의 과밀(dense) 패턴에 대하여 도시하는 도면이다.
도 14a-b는 도 11의 노광용 마스크를 이용하여, 보정 횟수마다 마스크 상의 근접장 광 강도가 보정되어 가는 과정 및 보정 횟수마다 웨이퍼 상의 광 강도 분포가 보정되어 가는 과정의 구체예를 나타내는 그래프로서, 도 4의 소밀(sparse) 패턴에 대하여 도시하는 도면이다.
도 15는 보정 전후에 놓을 수 있는 웨이퍼 상의 라인 폭의 구체예를, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우와 비교하여 나타내는 그래프로서, 입사각 7.8°에 있어서 마스크 상의 피치 352 nm에서 웨이퍼 상의 22 nm의 라인 폭을 얻는 노광량을 이용한 경우에 있어서의 마스크 상의 피치 176 nm에서 웨이퍼 상의 라인 폭을 보정 전후로 비교한 도면이다.
도 16은 보정 대상으로 한 4배 마스크 상의 패턴의 설계 레이아웃의 예를 나타내는 개요도이다.
도 17a-b는 도 16의 패턴을 보정하는데 이용한 모델 패턴의 일례를 나타내는 개요도이다.
도 18a-b는 마스크 상의 노광 광의 입사각 7.6°의 조건에 대하여 보정한 결과를 나타내는 설명도이다.
도 19a-b는 도 18의 보정 결과를 이용하여 마스크 보정한 후의 마스크 패턴과, 그 마스크 패턴을 노광하여 얻어진 결과인 전사상의 구체예를 나타내는 개요도이다.
도 20a-b는 본 발명에 따르지 않은 보정 결과의 일례를 나타내는 개요도로서, 마스크 패턴과 웨이퍼 상의 전사상의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 21a-b는 도 16의 패턴 중심선을 따른, 마스크 상의 근접장 광 강도 분포 및 웨이퍼 상의 광 강도 분포의 구체예를 나타내는 설명도이다.
도 22a-b는 도 16의 패턴에 대하여 마스크 상 입사 각도 7.6°에 있어서의 마스크 상의 근접장 에너지를 입사 각도 0°(수직 입사)의 근접장 에너지에 대략 일치시킴으로써 얻은 도 19a의 마스크 패턴을 이용하여, NA= 0.25 및 σ= 0.70(프로세스 팩터 k1= 0.4)의 노광 광학 조건으로 노광한 경우의 마스크 패턴 및 웨이퍼 상의 전사상의 형상 예를 나타내는 설명도이다.
도 23a-b는 도 22의 웨이퍼 상의 전사상을 얻은 후, 종래 방법에 의해 마스크 상의 입사 각도 7.6°의 조건으로 보정을 행한 후의 마스크 패턴 및 웨이퍼 상의 전사상의 구체예를 도시하는 개요도이다.
도 24a-b는 도 16의 패턴을 이용하여, 마스크 상의 입사 각도 0°에 있어서 마스크 패턴을 OPC 하고, NA= 0.25 및 σ= 0.70(프로세스 팩터 k1= 0.4)의 노광 광학 조건으로 노광한 경우의 마스크 패턴 및 웨이퍼 상의 전사상의 형상 예를 나타내는 개요도이다.
도 25a-b는 도 16의 패턴에 대하여 마스크 상의 입사 각도 0°, NA= 0.25 및 σ= 0.70(프로세스 팩터 k1=0.4)에 의한 OPC의 뒤, 마스크 상에 노광광이 7.6°의 입사 각도를 갖고 비스듬히 입사하는 경우의 마스크 상의 근접장 에너지를 입사 각도 O°(수직 입사)의 근접장 에너지에 대략 일치시킴으로써 얻어진, 마스크상 보정 패턴 및 웨이퍼 상의 전사 결과의 구체예를 나타내는 개요도이다.
도 26은 보정 대상으로 한 4배 마스크 패턴의 설계 레이아웃의 다른 예를 나타내는 개요도이다.
도 27은 도 26의 패턴을 보정하는데 이용한 모델 패턴의 일례를 나타내는 개 요도이다.
도 28은 도 27의 모델 패턴에 대하여, 마스크 상의 노광광이 입사각 7.8°로 마스크상에 입사되며, NA= 30 및 σ= 0.90 의 조건에 대하여 보정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 29a-b는 도 28의 보정 결과를 이용하여 마스크 보정한 후의 마스크 패턴과, 그 마스크 패턴을 노광하여 얻어진 결과인 웨이퍼 상의 전사상과의 구체예를 나타내는 개요도이다.
도 30a-b는 마스크의 대향부에 대응하는 웨이퍼 상의 전사상에 있어서의 형상 충실도가 개선되도록 마스크 패턴이 보정되는 경우에, 보정된 마스크 패턴과 웨이퍼 상의 전사상의 구체예를 나타내는 개요도이다.
도 31a-b는 보정 대상으로 한 패턴의 예를 나타내는 개요도이다.
도 32는 도 31의 패턴을 노광하여 얻어지는 웨이퍼 상의 광 강도 분포의 구체예를 나타내는 그래프이다.
도 33a-c는 마스크에 노광광이 입사각 8.8°로 입사할 때 홀 패턴이 보정되는 반복 횟수에 대응하는 마스크 패턴의 홀 폭과, 마스크 패턴의 홀 영역과, 마스크상의 근접장 에너지의 비(Eo/En)의 관계를 설명하는 그래프이다.
도 34a-b는 감쇠 계수의 차이에 의한 근접장 에너지의 비교 결과의 구체예를 나타내는 그래프(No. 1)로서, Ni 28nm(k=0.0727) 두께로 구성되는 노광용 마스크와, TaN 76nm(k=0.032) 두께, SiO2 30nm(k=0.011) 두께(합성 감쇠 계수=0.026)로 구성되는 노광용 마스크를 이용한 경우에 있어서의, 마스크상 입사 각도 8.8°에서의 마스크상 근접장 에너지의 손실을 회복시키는 단계에서, 각각의 노광용 마스크에 대한 근접장 에너지의 상대비를 나타내는 도면이다.
도 35a-b는 감쇠 계수의 차이에 의한 근접장 에너지의 비교 결과의 구체예를 나타내는 그래프(No. 2)로서, Ni 28nm(k=0.0727) 두께로 구성되는 노광용 마스크와, TaN 76nm(k= 0.032) 두께, SiO2 30nm(k= 0.011) 두께(합성 감쇠 계수=0.026)로 구성되는 노광용 마스크를 이용한 경우에 있어서의, 마스크상 입사 각도 8.8°에서의 마스크상 근접장 에너지의 손실을 회복시키는 단계에서, 마스크 상 근접장 에너지의 개선의 상황을 나타내기 위한 마스크상 근접장 광 강도를 도시하는 도면이다.
도 36a-b는 입사광의 마스크면 위의 사영 벡터와 패턴 레이아웃과의 관계의 구체예를 나타내는 개요도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1: 글래스 기판
2: 마스크 블랭크막
3: 흡수막
4: 버퍼막
본 출원은 이하 참고로 합체되는 일본특허출원 제 2004-044015(2004.2.20)자의 우선권을 주장한다.
본 발명은, 반도체 장치의 회로 패턴을 형성하기 위한 리소그래피 공정으로써 이용되는 노광용 마스크, 특히 소위 EUV에 대응한 반사형의 노광용 마스크에 대한 마스크 패턴 보정 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그 노광용 마스크 및 노광용 마스크를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 미세화에 수반하여, 웨이퍼 상에 도포된 감광 재료인 레지스트를 노광 및 현상하여 형성되는 레지스트 패턴, 및 해당 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 에칭 가공하여 얻어지는 회로 패턴의 라인 폭은, 점점 극소화가 요구되고 있다. 또한, 라인 폭뿐만 아니라, 패턴 피치 등에 대해서도, 또 다른 극소화가 요구되어 있다. 이러한 극소화의 요구에 대하여는 레지스트의 노광에 이용하는 광의 파장을 보다 단파장으로 하는 것으로 대응할 수 있다. 광의 파장과 패턴의 해상도와의 관계는, 이하에 나타내는 레일리(Rayleigh) 식으로 나타내 여지는 것이 알려져 있다.
Figure 112005008752449-pat00001
이 수학식 1에 있어서, 기준 코드 w는 형성되는 최소의 패턴 폭, NA는 투영 광학계의 렌즈의 개구 수, λ는 노광광의 파장이다. 또한, k1은 주로 레지스트의 성능 및 초해상 기술의 선택 등에 의해 결정되는 프로세스 상수이고, 최적의 레지 스트 및 초해상 기술을 이용하면 k1= 0.35 정도까지 선택할 수 있는 것이 알려져 있다. 또한, 초해상 기술이란, 마스크를 투과 혹은 반사하고, 마스크 상의 차광 패턴으로 회절된 광의 ± 1차 회절광을 선택적으로 이용함으로써, 광의 파장보다도 작은 패턴을 얻고자 하는 기술이다.
레일리 식에 따르면, 예를 들어 157 nm의 파장을 이용한 경우에 대응이 가능한 최소의 패턴 폭은, NA= 0.9의 렌즈를 이용한다고 한다면, w= 61 nm가 되는 것을 알 수 있다. 즉, 61 nm보다도 작은 패턴 폭을 얻기 위해서는, 더욱 짧은 파장의 노광 광, 혹은 액침(liquid immersion) 렌즈를 이용하지 않으면 안 된다. 예를 들면, 157 nm의 파장을 이용하여 액침 렌즈를 이용하면, NA= 1.2의 렌즈를 이용한 경우에 있어서의 최소의 패턴 폭은 46 nm가 된다. 이 때문에, 45 nm의 세대에서는, EUV(EUV; Extreme Ultra Violet)라고 불리는 13.5 nm을 중심으로 한 0.6 nm 정도의 파장 대역을 구비하는 노광광을 이용하는 것이 검토되고 있다(예를 들면, 이하 특허 문헌1 참조). EUV를 이용하면, 예를 들면 NA= 0.25의 노광 장치에 있어서는, 레일리 식으로부터 k1 ≥ 0.6의 조건하에서 w ≥ 32.4 nm의 라인 폭을 형성할 수가 있어, 종전에는 달성할 수 없던 패턴 폭이나 패턴 피치 등의 극소화에도 대응 가능하게 된다.
단, 13.5 nm의 파장의 EUV를 이용하는 경우에는, 광 투과형의 마스크 및 광학계가 아니고, 광을 반사하는 반사형 마스크 및 반사형 광학계에 의해서, 노광용 마스크 및 광학계를 각각 구성할 필요가 있다. 이것은, 157 nm의 파장의 자외광까지는, 예를 들면 CaF2(불화칼슘)이나 SiO2(이산화 규소)와 같이 광 투과성이 있는 재료가 존재하기 때문에, 해당 자외광을 투과시키는 구성의 마스크 및 광학계를 제작할 수 있다. 그러나, 13.5 nm의 파장의 EUV에 대하여는, 해당 EUV를 원하는 두께를 가지고 투과시키는 재료가 존재하지 않기 때문이다.
또한, 반사형 마스크를 이용한 경우에는, 마스크면에서 반사된 광이, 그 마스크에 입사되는 광과 서로 간섭하지 않고, 투영 광학계에 유도되지 않으면 안 된다. 그 때문에, 반사형 마스크에 입사되는 광은, 필연적으로 마스크면의 법선에 대하여 Φ의 각도를 갖은 경사 입사가 된다. 즉, EUV을 이용하여 레지스트가 노광하는 경우에는, 노광용 마스크의 마스크면에 입사되는 광이, 그 마스크면의 법선에 대하여 소정의 각도를 갖은 경사 입사가 된다(예를 들면, 이하 특허 문헌2 참조). 이 각도는, 투영 광학계의 렌즈의 개구수 NA, 마스크 배율 m, 조명 광원의 강도 σ에서 결정된다. 구체적으로는, 예를 들면 웨이퍼 상에 4배의 축소 배율을 갖는 마스크를 이용한 경우, NA= 0.3의 노광 장치에 있어서는, 광이 마스크면의 법선에 대하여 4.30°보다도 큰 입사각을 갖고 마스크 상에 입사하게 된다. 이와 마찬가지로, NA= 0.25의 노광 장치에 있어서는, 광이 3.58°보다도 큰 입사각을 갖고 마스크상에 입사하게 된다.
그런데, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 리소그래피 공정에서는, 노광 후에 있어서 웨이퍼 상에서 원하는 전사상(패턴 형상)이 얻어지는 것이 요구된다. 단, 광 근접 효과의 영향에 기인하여, 노광용 마스크를 설계치대로 제조한다 할지 라도, 반드시 원하는 전사상이 얻어질 수 없다. 특히, 상술한 바와 같이, 형성하여야 할 패턴 폭이나 패턴 피치 등의 극소화가 진전하면, 패턴의 미세화에 수반하여, 마스크 패턴과 전사상의 형상과의 차이가 커지는 경향에 있다. 그 때문에, 리소그래피 공정에서 이용되는 노광용 마스크 상의 마스크 패턴에 대해서는, 미리 광 근접 효과를 고려하여, 설계 단계에서 보정을 가하는 광 근접 효과 보정(Optical Proximity effect Correction: 이하, 단순히 「OPC」라는)을 행하는 것이 일반적이다(예를 들면, 이하 특허 문헌3 참조).
노광용 마스크 상의 마스크 패턴에 대한 OPC은, 예를 들면, 이하의 방식으로 수행된다. 통상적으로, 광 투과형 마스크인 경우, 마스크 상에 입사하는 광은, 그 마스크 표면에 대하여 수직으로 입사한다. 그 때문에, 웨이퍼 상에 전사되는 전사상의 패턴 중심 위치는, 마스크 상에 놓을 수 있는 마스크 패턴 중심 위치와 일치한다. 웨이퍼 상에 원하는 형상과는 다른 전사상이 얻어지는 경우에, 소망 형상의 전사상을 얻도록 마스크 패턴에 대한 보정을 행하는 경우에는, 마스크 상에서 C= △L/Mm의 관계가 성립하게 된다. 여기서, C는 마스크 상에서의 패턴 형상의 보정량이고, △L은 웨이퍼 상에서 다른 형상으로 전사된 상과 소망 형상의 치수 차이다. 또한, Mm은 마스크 오차 인자로, Mm=(△W/△M)과 같이 정의되고, 여기서, △Mm은, 마스크 패턴의 치수를 △M만 변화시켰을 때에, 웨이퍼 상에서의 전사상의 패턴 치수가 △W만 변화했을 때의 비이다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개공보 제2002-365785호
특허 문헌 2: 일본 특허공개공보 제2003-257810호
특허 문헌 3: 일본 특허공개공보 제2002-122977호
그러나, EUV를 이용하는 경우에는, 노광용 마스크의 마스크면에 입사되는 광이, 그 마스크면의 법선에 대하여 각도를 갖은 경사져서 입사된다. 따라서, 전술한 종래 기술에 의한 보정만으로서는 반드시 양호한 보정을 행할 수 없다. EUV가 비스듬히 입사하면, 광 근접 효과에 의한 영향 외에, 경사 입사 효과에 의한 영향도 받기 때문이다.
경사 입사하는 노광 광에는 두 개의 작용이 있다. 제1 작용은 패턴 위치를 입사광의 방향에 시프트시키는 작용이다. 제2 작용은 경사 입사 효과에 의해 웨이퍼 상의 전사상이 변형하여 그 충실성이 저하하는 작용이다. 이들 중, 패턴 위치를 입사광 방향에 시프트시키는 작용은, 라인 패턴 또는 라인 앤드 스페이스(line and space) 패턴을 이용한 웨이퍼 상의 전사 결과로부터, 웨이퍼 상에 놓을 수 있는 패턴 시프트량을 추정할 수 있다. 따라서, 마스크 패턴 전체를 오프셋 시키거나, 노광 시에 노광 장치에 오프셋 치를 적절하게 설정하여 패턴 전체를 시프트시킴으로써, 그 패턴 시프트를 보정할 수 있다.
그런데, 경사 입사 효과에 의해 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 작용에 대해서는, 마스크 패턴의 구성 변과 경사 입사광의 사영 벡터 사이의 각도에 의해서, 그 변형량이 달라진다. 입사광의 벡터와 수직 방향으로 연장되는 라인 패턴인 경우, 입사광의 근접측상의 패턴 에지와 입사광의 원격측상의 패턴 에지에서는, 각각의 변형량이 다르게 된다. 이에 따라, 라인 패턴의 무게 중심의 위치 어긋남을 초래한다.
구체적으로는, 예를 들면 도 36a-b에 나타내는 패턴에 있어서, 입사광의 사영 벡터의 방향에 대향하여 2개의 패턴 배향이 존재한다 할지라도, 도 36a의 레이아웃과 도 36b의 레이아웃에서는, 웨이퍼 상의 전사상에 있어서의 패턴 에지 A, B, C 및 D의 보정량이 각각 서로 다르다. 따라서, 경사 입사광을 이용하는 EUV용 반사형 마스크의 경우, 경사 입사 효과에 의한 영향을 고려하지 않은 종래 기술에 의한 보정만으로는, 반드시 양호한 보정을 행할 수 없다.
마스크 상에 비스듬히 입사하는 노광 광에 기인하는 작용에 의해 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 현상 및 광 근접 효과에 기인하여 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 현상은 본래 다른 원인에 의해서 발생하는 현상이므로, 따로따로 보정하는 것이 바람직하다. 즉, 패턴 변의 마스크 상의 경사 입사광의 마스크상 사영 벡터와의 배향에 따르지 않고 일정한 마스크 오차 인자 Mm로서, 근접 효과 보정을 행하여, 그 다음에 마스크 오차 인자 Mm과는 무관하게 경사 입사광에 의한 보정을 행하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은, EUV를 이용한 리소그래피 공정에 있어서의 노광용 마스크에 대하여, 경사 입사 효과에 의한 영향을 고려한 마스크 패턴의 보정을 행할 수 있도록 하여, 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 것을 회피할 수 있도록 하여, 이에 따라 해당 리소그래피 공정을 통해 얻어지는 반도체 장치의 성능 향상을 도모하는 것을 가능하게 하는, 마스크 패턴 보정 방법, 노광용 마스크 및 마스크 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 안출된 마스크 패턴 보정 방법이다. 즉, EUV의 반사 작용을 갖는 마스크 블랭크막과, 해당 마스크 블랭크막 상에 패터닝되어 상기 EUV를 흡수하는 흡수막을 구비하여 이루어져, 마스크면 상에 경사 입사하는 상기 EUV를 반사함으로써 상기 흡수막에 의해서 형성되는 마스크 패턴에 따른 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사하는 노광용 마스크에 대한 마스크 패턴 보정 방법이다. 이 방법은, 상기 EUV가 마스크면 상에 수직 입사한 경우 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한 경우에 해당 EUV을 반사하여 얻어지는 광의 에너지 Eo를 구하는 단계와, 상기 경사 입사의 각도로 상기 EUV가 마스크면 상에 입사한 경우에 해당 EUV을 반사하여 얻어지는 광의 에너지 E1을 구하는 단계와, 상기 에너지 E0와 상기 에너지 E1과와의 비교 결과에 기초하여 상기 마스크 패턴에 대한 보정을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 안출된 노광용 마스크이다. 즉, EUV의 반사 작용을 갖는 마스크 블랭크막과, 해당 마스크 블랭크막 상에 패터닝되어 상기 EUV를 흡수하는 흡수막을 구비하여 이루어져, 마스크면 상에 경사 입사하는 상기 EUV를 반사함으로써 상기 흡수막에 의해서 형성되는 마스크 패턴에 따른 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사하는 노광용 마스크이다. 이 노광용 마스크는, 상기 EUV이 마스크면 상에 수직 입사한 경우 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한 경우에 해당 EUV을 반사하여 얻어지는 광의 에너지 Eo를 구하는 단계와, 상기 경사 입사의 각도로 상기 EUV가 마스크면 상에 입사한 경우에 해당 EUV을 반사하여 얻어지는 광의 에너지 E1을 구하는 단계와, 상기 에너지 E0와 상기 에너지 E1과의 비교 결과에 기초하여 상기 마스크 패턴에 대한 보정을 행하는 단계를 지나서 얻어진 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해 안출된 마스크 제조 방법이다. 즉, EUV의 반사 작용을 갖는 마스크 블랭크막과, 해당 마스크 블랭크막 상에 패터닝되어 상기 EUV를 흡수하는 흡수막을 구비하여 이루어져, 마스크면 상에 경사 입사하는 상기 EUV를 반사함으로써 상기 흡수막에 의해서 형성되는 마스크 패턴에 따른 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사하는 노광용 마스크를 제조하기 위한 마스크 제조 방법이다. 상기 마스크는, 상기 EUV가 마스크면 상에 수직 입사한 경우 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한 경우에 해당 EUV를 반사하여 얻어지는 광의 에너지 Eo를 구하는 단계와, 상기 EUV이 마스크의 전면에 경사 입사되고 상기 EUV이 반사된 경우에 광 에너지 E1을 구하는 단계와, 광 에너지 E0 및 E1의 비교 결과에 따라 마스크 패턴을 보정하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 수순의 마스크 패턴 보정 방법, 상기 구성의 노광용 마스크, 및 상기 수순의 마스크 제조 방법에 따르면, 마스크 패턴에 대한 보정을 행하는 데 앞서서, 해당 마스크 패턴을 마스크의 전면(front surface) 상에 형성한 경우에 있어서의 광 에너지 Eo, E1을 구한다. 광 에너지 E0, E1은 근접장 광으로 구하는 것이 바람직하다. 여기서, 「근접장 광」이란, 마스크의 전면에서 광을 반사했을 때에 근접장 영역(해당 광의 파장보다 짧은 거리의 영역)에만 닿는 광을 말한다. 대안적으로, 반드시 근접장 광으로 구할 필요는 없고, 예를 들면 흡수층 표면으로부터 EUV의 파장(노광 파장) λ의 2배 이하의 거리에서 광의 에너지를 구해도 무방하다. 즉, 흡수층 표면으로부터 2λ 이하의 거리에서 광 에너지를 구할 수 있다. 흡수층 표면으로부터 2λ 이하의 거리에서 회절광의 분포는 동일한 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 흡수층 표면으로부터 2λ 이하의 거리에서 광의 에너지를 구할 수 있다. 이러한 광의 에너지는, 예를 들면, 해당 근접장 광의 광 강도 분포에 대하여 정적분을 행함으로써 구할 수 있다. EUV가 마스크의 전면 상에「수직 입사한 경우」란 EUV가 마스크의 전면에 대한 법선 벡터을 따라 입사한 경우, 즉 소위 입사 각도가 0°인 경우를 말한다.
한편,「수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한 경우」란, 소정 값 이하의 입사 각도에서의 경사 입사이지만, 얻어지는 광의 에너지가 수직 입사인 경우와 대략 동등하기 때문에, 수직 입사라고 간주하여 취급하더라도 문제없다. 에너지 E에 기초하여, 에너지 E0와 에너지 E1의 비교 결과로, 마스크 패턴은 에너지 E1이 에너지 E0와 동일하게 되도록 보정된다. 마스크 패턴이 보정되는 경우, EUV이 마스크의 전면에 경사지게 입사한다 할지라도, 해당 EUV를 반사하여 얻어지는 광의 에너지가, 수직 입사한 경우와 대략 동등하게 된다. 즉, 해당 보정 후의 마스크 패턴에 따르면, 수직 입사인 경우와 대략 동등한 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사할 수 있게 된다.
본 발명의 마스크 패턴 보정 방법, 노광용 마스크 및 마스크 제조 방법에 따르면, EUV가 마스크의 전면 상에 경사 입사하는 경우에도, 마스크 패턴의 보정에 의해서, 수직 입사인 경우와 대략 동등한 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사할 수 있다. 따라서, 경사 입사 효과의 영향으로 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 것을 회피할 수 있다. 결과적으로, 해당 전사상을 설계대로 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 보정을 행함으로써, EUV을 이용한 리소그래피 공정을 통해 얻어지는 반도체 장치의 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.
〈실시예〉
이하, 도면에 기초하여 본 발명에 따른 마스크 패턴 보정 방법, 노광용 마스크 및 마스크 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 당연한 것이지만, 본 발명은, 이하에 진술하는 실시 형태에 한정되는 것이 아니다.
처음에, 노광용 마스크의 개략 구성에 대하여 간단히 설명한다. 여기서 설명하는 노광용 마스크는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서의 일 공정인 리소그래피 공정으로써, EUV를 반사하여 웨이퍼 상에 소망 패턴(예를 들면, 회로 패턴)을 전사하기 위해 이용되는 것이다. 또한, 여기서 말하는 「EUV」는, 예를 들면 파장이 13.5 nm의 것으로 대표되는 바와 같이, 종전의 리소그래피 공정으로 이용되고 있었던 자외광보다도 단파장(예를 들면, 1 nm 내지 1OO nm 이하)의 것이 해당한다.
이러한 EUV의 반사에 의해 웨이퍼 상에 소망 패턴의 전사상을 노광 전사하기 위해, 노광용 마스크는 EUV의 반사 작용을 갖는 마스크 블랭크막과, 그 마스크 블랭크막상에 패터닝되어 EUV를 흡수하는 흡수막을 구비하여 구성되어 있다. 마스크 블랭크막은, 예를 들면 Si(규소)층과 Mo(몰리브덴)층을 교대로 적층한 구조로 구성되지만, 그 적층이 반복하는 수가 40층 이상인 것이 일반적이다.
또한, 흡수막은 EUV을 흡수하는 재료로 이루어진다. 예를 들면, 흡수막은 TaN(탄탈 나이트라이드)층에 의해서 구성된다. 단, 흡수막은 EUV의 마스크용 재료로서 이용할 수 있는 것이면, 다른 재료로 이루어지는 것이어도 좋다. 구체적으로는, TaN 이외에 Ta(탄탈) 또는 Ta 화합물, Cr(크롬) 또는 Cr 화합물, W(텅스텐) 또는 W 화합물 등도 사용할 수 있다. 또한, 마스크 블랭크막과 흡수막 사이에는, 흡수막을 형성할 때의 에칭 스토퍼로서, 혹은 흡수막 형성 후의 결함 제거 시의 손상 회피를 목적으로서, 예를 들면 Ru(루테늄)층이나 SiO2(이산화 규소)또는 Cr(크롬)에 의해서 구성되는 버퍼막을 설치하여 놓은 것이 생각된다.
이상과 같은 구성의 노광용 마스크를 제조하는 경우에는, 마스크 블랭크막 상에, 필요에 따라 버퍼막을 성막한 후, 흡수막을 성막하여, 주지의 리소그래피 기술을 이용하여, 그 흡수막을 소망 패턴에 대응하는 형상으로 패터닝하면 된다. 이에 의해, EUV용의 반사형 노광용 마스크가 얻어질 수 있다.
단, 노광용 마스크에 대해서는, 마스크 패턴을 설계치대로 형성해도, 즉 노광 전사하여야 할 소망 패턴과 동일 또는 유사하게 형성해도, 광 근접 효과나 경사 입사 효과 등에 의한 영향 때문에, 반드시 원하는 전사상이 얻어질 수 없고, 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 가능성이 있다. 따라서, 노광용 마스크의 제조에 있어서는, 흡수막에 의한 마스크 패턴을 형성하는 데 앞서서, 해당 마스크 패 턴에 대하여 설계 단계에서 보정을 가할 필요가 있다.
웨이퍼 상의 전사상이 소망대로 되지 않는 이유로서는, (a)광 근접 효과에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형, (b)노광광의 경사 입사에 기인하는 패턴 위치 시프트 및 (c)경사 입사 효과에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형인 3 종류의 요인을 들수있다.
이 중, (a)의 요인에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대해서는, 이하와 같이 하여 해소될 수 있다. 광 근접 효과는 전술한 수학식 1에 있어서의 프로세스 상수 k1가 0.6보다도 작아지면 현저히 나타난다. 즉, 마스크 패턴으로부터의 고차 회절광이 투영 렌즈계의 동면으로부터 떨어져 오는 효과와 1차 회절광의 일부가 동면으로부터 떨어져 오는 효과에 의해서, 웨이퍼 상의 전사상의 형상이 원하는 패턴의 형상과 상이한 것이 된다. 따라서, 광 근접 효과의 영향에 의해서 발생하는 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대해서는, 예를 들면 OPC와 같이, 미리 마스크 패턴을 변형시키는 보정을 행함으로써, 그 웨이퍼 상의 전사상의 변형을 해소할 수 있다.
또한, (b)의 요인에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대해서는, 이하와 같이하여 해소할 수 있다. 이미 설명한 바와 같이, 경사 입사하는 노광광에는 두 개의 작용이 있는데, 그 하나는 패턴 위치를 입사 방향에 시프트시키는 작용이다. 즉, 마스크 상에 비스듬히 입사하는 노광 광이 마스크 패턴으로부터의 회절광을 비대칭이 되게 하여, 웨이퍼 상의 전사상의 패턴 위치를 입사 방향에 시프트시키는 것이다. 단, 그 위치 시프트량은 마스크상 패턴 형상으로 따르지 않고, 대략 일률적인 상수로서 간주할 수 있다. 따라서, 경사 입사에 기인하는 패턴 위치가 시프 트 되는 문제를 해소하기 위해서는 마스크 패턴을 동일하게 이동시키거나, 혹은 웨이퍼 상에 패턴을 전사할 때에 노광 장치에 패턴이 시프트될 필요가 있다. 즉, 마스크 패턴 전체를 오프셋시키거나 노광 장치에 있어서의 노광 조건을 적절하게 설정함으로써, 패턴 시프트량을 보정 할 수 있다.
한편, 경사 입사하는 노광 광에 기인하는 다른 하나의 작용, 즉, (c)의 요인에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대해서는, 이하와 같이하여 해소할 수 있다. 경사 입사 효과에 의해 웨이퍼 상의 전사상이 변형하는 작용은 마스크 상에 비스듬히 입사하는 노광 광이 마스크 패턴으로부터의 회절광을 비대칭이 되게 한다. 또한, 마스크 패턴에 의해 반사광의 일부가 차폐되어, 그 결과 웨이퍼 상의 전사상의 패턴 콘트라스트가 저하됨으로써 발생한다. 그 때문에, 웨이퍼 상의 전사상의 형상 충실도는 반사 광량보다도 차폐되는 광량이 적은 레이아웃, 즉 과밀 레이아웃 및 고립 스페이스에서 보다 저하된다. 이러한 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대해서도, 광 근접 효과에의한 경우와 같이, 마스크 패턴을 변형시키는 보정을 행함으로써, 그 웨이퍼 상의 전사상의 변형을 해소할 수 있다.
이하에 설명하는 마스크 패턴 보정 방법에서는, 전술한 (c)의 경사 입사 효과에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형을 보정하여, EUV용의 반사형 노광용 마스크를 이용한 경우에도, 웨이퍼 상에 전사된 전사상이 원하는 충실도를 얻을 수 있다. 또한, (a) 및 (b)의 요인에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대한 보정은, 이하에 설명하는 마스크 패턴 보정과는 달리 행한다. 더구나 공지 기술을 이용하여 실 현하는 것이 가능한 것이기 때문에, 여기서는 그 설명을 생략한다.
다음으로, 전술한 (c)의 경사 입사 효과에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대한 마스크 패턴의 보정에 대하여 설명한다. 도 1은, 경사 입사 효과에 의한 웨이퍼 상의 전사상의 변형에 대한 보정의 수순, 즉 본 발명에 따른 마스크 패턴 보정 방법의 수순의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴 형성에 앞서서 행하는 본 실시 형태에 있어서의 마스크 패턴 보정에서는, 우선, 제1 단계으로서, 기준으로 형성하여야 할 마스크 패턴(설계치대로의 마스크 패턴)에 대한 OPC을 행한다(단계 S101, 이하 단계를「S」라 한다). 단, 이때의 OPC는, 마스크의 전면 상에 입사하는 노광 광이, 그 마스크의 전면에 대하여 수직 입사 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사하는 것으로서 행한다. 여기서, 「노광 광이 마스크의 전면에 수직으로 입사하는 것」은 노광 광이 마스크의 전면에 대한 법선 벡터을 따라 마스크의 전면에 입사하는 경우, 즉 소위 입사 각도가 0°인 경우를 말한다. 한편,「노광 광이 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 마스크의 전면에 입사한다」란, 소정 값 이하의 입사 각도에서의 경사 입사이지만, 그 입사 각도가 작고, 후술하는 바와 같이 얻어지는 광의 에너지가 수직 입사인 경우와 대략 동등하기 때문에, 수직 입사라고 간주하여 취급하더라도 문제가 없다는 것을 의미한다.
구체적으로는, 예를 들면 웨이퍼 상에 4배의 축소 배율을 갖는 마스크와, NA= 0.3의 노광 장치가 이용되는 경우, 마스크의 전면의 법선에 대하여 4.30°이하의 입사각을 갖고 마스크의 전면 상에 입사한다면, 노광 광은 마스크의 전면에 수직으로 입사하는 노광 광으로 여겨질 수 있다. 또한 이와 마찬가지로, NA= 0.25의 노광 장치이면, 광이 3.58°이하의 입사각을 갖고 마스크의 전면 상에 입사하는 경우가, 이것에 상당한다.
이 제1 단계에서의 OPC는, 시뮬레이션 기술을 이용하여 행하는 것이 생각된다. 단, 노광 광이 수직 입사 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사하는 경우에 대해 행하기 때문에, 공지 기술인 임의의 방법을 이용하여 행하는 것이 가능하고, 여기서는 그 상세에 대한 설명을 생략한다. 또한, 반드시 시뮬레이션 기술을 이용하여 행할 필요는 없고, 예를 들면 마스크 패턴을 노광하여 얻어지는 웨이퍼 상의 전사상의 형상을 실측하고, 그 실측 결과에 기초하여 0PC를 행하여도 상관없다.
여기서 행하는 OPC는 기준으로 되는 마스크 패턴에 대하여 노광 광이 수직 입사 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사하는 경우에 있어서의 웨이퍼 상의 전사상의 형상 충실도를 유지하기 위해서 행하는 것이다. 기준으로 되는 마스크 패턴에 대한 웨이퍼 상의 전사상의 형상 충실도를 유지하는 경우, 이하에 진술하는 마스크 패턴 보정의 정밀도 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 제1 단계는, 웨이퍼 상의 전사상의 형상 충실도가 유지되고 있는 경우에는, 반드시 행할 필요는 없다.
그 후, 제2 단계으로서, OPC 후의 기준으로 되는 마스크 패턴에 대하여, 노광 광이 수직 입사 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한 경우에, 그 노광 광을 반사하여 얻어지는 광의 에너지 Eo, 구체적으로는 노광 광을 반사하여 얻어지는 근접장 광의 에너지 Eo를 구한다(S102). 여기서, 「근접장 광」이란, 마스크의 전면에서 광을 반사했을 때에 근접장 영역(해당 광의 파장보다 짧은 거리의 영역)에만 닿은 광을 말한다. 단, 에너지 Eo는, 반드시 근접장 광으로써 구할 필요는 없다.
대안적으로, 흡수층 표면으로부터 EUV의 파장(노광 파장) λ의 2배 이하의 거리에서 광의 에너지를 구하더라도 좋다. 도 2에 도시한 바와 같이, 노광 파장 λ의 2배 정도이면, 근접장 영역에서 구한 회절광에 의한 웨이퍼 상의 광 강도와, 흡수층 표면으로부터 λ< r ≤ 2λ에서 구한 회절광에 의한 웨이퍼 상의 광 강도가 일치하는 것이, 시뮬레이션의 결과로부터 얻어지는 것을 알 수 있다.
즉, 흡수층 표면으로부터 2λ 이하의 거리이면, 회절광의 분포는 동일하다고 고려될 수 있다. 따라서, 흡수층 표면으로부터 2λ 이하의 거리에서 광의 에너지를 구하더라도 하등 지장이 없다. 또한, 이하의 설명에서는, 근접장 광의 에너지 E0를 구하는 경우에 대하여 설명한다.
이러한 근접장 광의 에너지는, 예를 들면 이하에 진술하는 수순으로 구할 수 있다. 노광 광으로서 이용되는 EUV는 넓은 스펙트럼을 갖는다. EUV가 조명 광학계 및 투영 광학계의 다층막 미러에 의해 반사가 반복된 후, 13.15 nm에서 13.75 nm의 범위의 파장 대역을 갖는 노광 광으로서, 웨이퍼 상까지 도달한다. 따라서, 마스크 상의 근접장 영역에서의 광 강도 분포는, 파장 대역 내에서 웨이퍼 상에 도달하는 노광 광의 에너지 분포 함수로 가중된, 각 파장에 있어서의 광 강도 분포를 파장으로 적분한 것이 된다. 즉, 마스크 상 근접장 영역에서의 광 강도 분포 J는, 이하의 수학식 2로 제공된다.
Figure 112005008752449-pat00002
이 수학식 2에 있어서, R(λ)은, 웨이퍼 상에 도달하는 노광 광의 에너지 분포 함수이고, J(λ, x)은, 각 파장에 있어서의 광 강도 분포이고, C는 규격화 상수이다. 또한, R(λ)은, 조명 광학계 및 투영 광학계의 반사 미러의 반사율 RE(λ) 및 마스크 블랭크의 반사율 RM(λ)의 곱으로서, 이하의 수학식 3으로 제공된다.
Figure 112005008752449-pat00003
J(x)을, 이하의 수학식 4로 도시한 바와 같이, x의 구간에서 적분하면, 마스크의 전면 상에 놓을 수 있는 근접장 광의 에너지 Eo를 구할 수 있다.
Figure 112005008752449-pat00004
이와 같이 하여, 제2 단계에서는, 마스크면에 노광 광이 수직으로 입사한다고 가정한 경우, 또는 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한다고 가정한 경우에 있어서의, 마스크면 위의 근접장 광의 에너지 E0를, 예를 들면 해당 근접장 광의 광 강도 분포에 대하여 정적분을 행함으로써 구한다.
또한, 제3 단계에서는, 제2 단계에서의 경우와 마찬가지의 방법을 이용하여, 기준으로 되는 마스크 패턴(제1 단계에서의 OPC를 행하고 있지 않은 것)에 대하여, 해당 마스크 패턴을 이용한 노광 전사 시간과 동일한 경사 입사의 각도로 노광 광이 마스크면 상에 입사한 경우에, 그 노광 광을 반사하여 얻어지는 근접장 광의 에너지 E1을 구한다(S103). 또한, 제3 단계는, 반드시 제1 및 2의 단계의 후일 필요는 없고, 이들의 단계에 앞서서 행하도록 하더라도 좋다.
이들 제1 내지 제3 단계의 후, 계속해서, 제4 단계를 행한다. 제4 단계에서는, 제2 단계에서 구한 에너지 Eo와 제3 단계에서 구한 에너지 E1를 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 기준으로 되는 마스크 패턴에 대한 보정을 행한다(S104). 이때의 보정은, 에너지 E1이 에너지 Eo와 대략 같게 되도록 한다.
예를 들면, 마스크 패턴에 있어서의 패턴 치수를 보정하는 경우에 대해 생각한다. 이 경우에, 노광 광이 마스크에 수직으로 입사되는 경우를 가정하면, 기준으로 되는 마스크 패턴을 구성하는 스페이스 폭을 wo이며, 노광 광이 마스크 패턴에 비스듬하게 입사하는 경우에 스페이스 폭을 wl(여기서, wo = w1)로 하고, 에너지 E1이 에너지 Eo와 동일하게 되도록 마스크 패턴이 보정되는 경우, 보정될 마스크 상의 스페이스 폭 w2는, 이하의 수학식 5로 제공된다.
Figure 112005008752449-pat00005
이와 마찬가지의 방식으로, 마스크 패턴에 있어서의 패턴 에지의 위치에 대해서도 보정을 행하는 것이 가능하다. 즉, 제4 단계에서는, 기준으로 되는 마스크 패턴에 대한 보정으로서, 예를 들면 에너지 E1이 에너지 E0와 대략 같게 되도록, 마스크 패턴에 있어서의 패턴 치수 또는 패턴 위치 중 적어도 한쪽을 보정한다.
제4 단계 후, 또 다른 보정 정밀도의 향상을 도모하도록, 이하에 진술하는 것 같은 처리를 행한다. 예를 들면, 제4 단계에서 마스크 패턴에 있어서의 패턴 치수를 보정한 경우, 그 후, 보정 후의 마스크 상의 스페이스 폭 w2를 이용하여, 노광 전사시간과 동일한 각도로 비스듬히 입사하는 노광 광에 의한 마스크 상의 근접장 광의 에너지 E2를 구한다. 이때도, 제4 단계와 마찬가지의 방법을 이용하여 에너지 E2를 구하면 좋다. 그리고, 에너지 E2를 구하면, 그 에너지 E2를 이미 구한 에너지 E0와 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 마스크 패턴에 대한 보정을 행한다. 이때, 예를 들면 에너지 E2가 에너지 Eo와 대략 동등하게 되도록 보정하면, 보정 후의 마스크 상의 스페이스 폭 w3는, 이하의 수학식 6으로 제공된다.
Figure 112005008752449-pat00006
이러한 처리를 (n-1)회 반복하면, 보정 후의 마스크 상의 스페이스 폭 wn-1에 기초하여 노광 및 전사되는 마스크 패턴에 대한 노광광과 동일한 각도로 비스듬히 입사하는 노광 광에 의하는 마스크상 근접장 에너지 En-1가 얻어진다. 이 에너지 En-1를 이미 구한 에너지 Eo와 비교하여, 그 비교 결과에 기초하여, 예를 들면 에너지 En-1가 에너지 E0와 대략 동일하게 되도록 보정을 행하면, 마스크 상의 스페이스 폭 wn은, 이하의 수학식 7로 제공된다.
Figure 112005008752449-pat00007
또한, 이때, 마스크 패턴을 구성하는 라인의 피치를 p로 하면, 해당 라인의 라인 폭 Ln에 대해서는, 이하의 수학식 8로 제공된다.
Figure 112005008752449-pat00008
그리고, n 회째의 마스크 상의 스페이스 폭 wn과, (n-1)회째의 마스크 상의 스페이스 폭 wn-1 간의 차이△는 패턴 크기 또는 패턴 위치가 보정되는 최소 크기인 보정된 그리드 크기 g와 비교된다(단계 S105). 그 차이가 보정된 그리드 크기 g 이하가 될 때, 마스크 패턴 보정을 종료한다. 즉, 이하의 수학식 9를 만족할 때에, 마스크 패턴 보정을 종료한다.
Figure 112005008752449-pat00009
이러한 n회 분의 처리가 반복될 때, 보정 후에 있어서의 마스크 패턴의 패턴 치수 또는 패턴 위치는, 에너지 En이 에너지 Eo와 동일하게 되는 값에 수렴하게 된다. 즉, n회 분의 처리가 반복될 때, 보정 정밀도의 향상이 도모할 수 있는 것이다. 또한, 이 n회 분의 처리의 반복은 반드시 필수는 아니며, 전술한 제4 단계 후에 보정 처리를 종료한 후에 하여도 상관없다.
이상과 같은 수순의 마스크 패턴 보정을 행함으로써, 해당 보정 후의 마스크 패턴에서는, 노광 광이 마스크면 상에 경사 입사해도, 해당 노광 광을 반사하여 얻어지는 근접장 광의 에너지, 또는 흡수층 표면으로부터 노광 광의 파장 λ의 2배 이하의 거리에서 얻어지는 광의 에너지가, 수직 입사한 경우와 대략 같게 된다. 즉, 해당 보정 후의 마스크 패턴에 따르면, 수직 입사인 경우와 대략 같은 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사할 수 있다.
따라서, 노광 광이 마스크면 상에 경사 입사하는 경우에도, 마스크 패턴의 보정에 의해서, 수직 입사인 경우와 대략 동등한 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사할 수 있기 때문에, 경사 입사 효과에 의한 영향, 즉, (c)의 웨이퍼 상의 전사상의 변형을 배제하는 것이 가능하게 된다. 즉, 전술한 수순의 마스크 패턴 보정을 행함으로써, 해당 보정 후의 마스크 패턴이 형성된 노광용 마스크에 있어서는, 경사 입사 효과의 영향으로 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 것을 회피할 수 있는 게 되어, 해당 전사상을 원하는(설계된) 것으로 하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 해당 노광용 마스크를 이용하면, EUV를 이용한 리소그래피 공정을 지나서 얻어지는 반도체 장치의 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.
또한, 여기서는, 마스크 패턴 보정으로서, 마스크 패턴에 있어서의 패턴 치수 또는 패턴 위치 중 적어도 한쪽을 보정하는 경우를 예로 들고 설명했지만, 본 발명은 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 마스크 패턴을 구성하는 흡수막의 막 두께를 보정함으로써 에너지 E1-En이 에너지 Eo와 대략 동등하도록 하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들면, 마스크 패턴을 구성하는 흡수막의 형성 재료를 선택하고, 흡수막의 광의 감쇠 계수를 보정하여 에너지 E1-En이 에너지 E0와 대략 동일하게 되도록 하는 것도 가능하다. 즉, 에너지 E1-En을 에너지 E0와 대략 동등하게 하는 보정은, 마스크 패턴에 있어서의 패턴 치수 또는 패턴 위치 중 적어도 하나, 흡수막의 막 두께, 또는 흡수막의 형성 재료 중 어느 하나를 적절하게 변경함으로써 수행하거나, 혹은 이들을 적절하게 조합하여 수행할 수 있다.
또한, 여기서 설명한 일련의 처리는 컴퓨터로서의 기능을 갖는 정보 처리 장치가, 소정의 정보 처리 프로그램을 실행함으로써 구현될 수 있다. 이 경우, 해당 정보 처리 장치에는, 마스크 패턴의 형상으로 관한 데이터나 웨이퍼 상의 전사상의 라인 폭에 관한 데이터 등이, 정보 입력 장치를 통하여 입력되는 것으로 한다. 단, 이들의 정보 중의 일부는 외부로부터 입력되는 것이 아니고, 정보 처리 장치가 행하는 시뮬레이션에 의해서 구한 것이어도 좋다. 또한, 이러한 일련의 처리를 구현하기 위한 정보 처리 프로그램은 미리 정보 처리 장치에 인스톨해 둔 것일 수 있지만, 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장되어 제공되는 것이나 유선 또는 무선에 의한 통신 수단을 통하여 분배되는 것이어도 된다.
다음으로, 이상으로 설명한 마스크 패턴 보정 방법의 수순을, 구체예를 예를 들어 더욱 자세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 노광 광을 반사하여 얻어지는 광의 에너지를 근접장 에너지로서 기술하지만, 흡수층 표면으로부터 노광 광 파장 λ의 2배 이하의 거리에서 얻어지는 광의 에너지도 마찬가지로 적용 가능한 것은 물론이다.
[전제 조건에 대한 설명]
우선, 노광 광이 마스크면 상에 비스듬히 입사할 때, 마스크 상의 패턴이 보정이 요구되는 조건에 대하여 설명한다. 마스크상의 패턴이 보정이 요구되는 조건은 정성적으로, 전술한 수학식 1에 있어서의 프로세스 상수가 k1= 0.6 이하인 경우, 마스크면 상에 비스듬히 입사하는 노광 광의 입사 각도가 큰 경우 또는 흡수막의 막 두께가 큰 경우 중 어느 하나이다. 이들을 구체적으로 특정하기 위해, 도 3에 나타내는 마스크 구조 및 도 4에 나타내는 마스크 패턴이 형성된 노광용 마스크를 예로 든다.
도 3의 마스크 구조는, 글래스 기판(1)상에, 마스크 블랭크막(2)이 형성되어 있고, 또한 그 상측에 흡수막(3)이 형성되어 있다. 흡수막(3)은 굴절율이 0.94, 감쇠 계수 k가 0.025-0.040의 범위에 있다. 흡수막(3)의 굴절율 0.94는 흡수막의 형성 재료로서 이용되는 Ta, Cr 또는 이들의 질소 화합물이 갖는 굴절율과 대략 동일하다. 또한, 감쇠 계수 k의 범위인 0.025-0.040는 이들 형성 재료 및 버퍼막에 이용되는 형성 재료와의 합성 감쇠 계수에 대략 동일하다. 또한, 수학식 1의 프로세스 상수 k1는 라인 폭 22 nm에 대하여, 노광 중심 파장 13.5 nm 및 NA= 0.30의 투영 광학계에서 0.5이다. 또한, 도 4에 도시된 패턴 피치 176 nm와 라인 폭 88 nm를 갖는 4배 마스크 패턴은, 패턴 피치 44 nm 및 라인 폭 22 nm의 패턴 피치를 갖는 패턴이 웨이퍼 상에 형성되게 한다. 이와 유사하게, 도 4에 도시된 패턴 피치 352 nm와 라인 폭 88 nm를 갖는 4배 마스크 패턴은 패턴 피치 88 nm 및 라인 폭 22 nm의 패턴 피치를 갖는 패턴이 웨이퍼 상에 형성되게 한다.
도 5a-d는, 이러한 노광용 마스크를 이용하여, 노광하여 얻어진 결과의 구체예를 나타내는 그래프이다. 본 그래프에서는, 흡수막(3)의 막 두께에 대한 웨이퍼 상의 라인 패턴의 라인 폭을, 감쇠 계수 0.025, 0.030, 0.035, 0.040 및 마스크 상의 노광 광의 입사 각도 4.48°, 6.16°, 7.49°, 8.38°인 경우에 대하여 구하여 있다. 또한, 라인 폭은, 마스크 상에서 라인 폭 88 nm, 피치 176 nm에 대하여 구한 것이다. 또한, 마스크 상의 라인 폭 및 마스크 상의 스페이스 폭은 보정하지 않는다. 또한, 마스크 상에 비스듬히 입사하는 노광 광에 대하여, 마스크 패턴의 구성 변은, 직교하여 배치되어 있다. 노광량은 마스크 상의 라인 폭 88 nm, 피치 352 nm에 대하여 설정하고 있다. 즉, 소밀(sparse) 패턴 레이아웃을 기준으로 하여, 과밀 레이아웃의 패턴의 라인 폭을 결정하고 있다. 노광 광학 조건은 렌즈 개구 수 NA= 0.30, 광원의 크기 σ= 0.90이다. σ= 0.90는, 마스크 상에 입사하는 노광광이 마스크면 상에 수직으로 입사하는 경우에, 흡수막(3)의 막 두께가 대략 100 nm에서, 소밀 패턴 레이아웃 기준의 노광량에 있어서의 과밀 레이아웃의 패턴의 라인 폭이 22 nm이 되는 조건으로서 설정하고 있다.
본 그래프의 결과에 따르면, 흡수막(3)의 막 두께가 증가하는 데 따라, 웨이 퍼상 라인 폭이 증대하는 경향이 있다. 이것으로부터, 흡수막(3)의 막 두께가 큰 경우에는, 마스크 상의 패턴이 보정될 필요가 있다. 또한, 라인 폭이 증대하는 경향은, 입사 각도가 커짐에 따라 더욱 현저하게 된다. 단, 이런 경향은 감쇠 계수에 크게 달려 있지 않다. 이 결과로부터, 흡수막(3)의 막 두께에 대해서는, 원하는 웨이퍼 상의 라인 폭 22 nm에서 ± 5%의 허용량, 즉 22 nm ± 23.1 nm을 만족하는 범위를, 허용 막 두께 범위로서, 각 입사 각도에 대하여 정하여 놓을 수 있다.
또한, 흡수막(3)의 막 두께에 대해서는, 마스크 블랭크막(2)의 표면 반사율 RM과 흡수막(3)의 표면 반사율 RA와의 콘트라스트 γ로 정하여 놓을 수 있다. 구체적으로, 콘트라스트 γ는, γ=(RA/RM)× 1OO(%)로 특정되지만, 그 값이 1% 이하로 되도록, 흡수막(3)의 막 두께를 정하여 놓을 수도 있다. 도 6은, 표면 반사율의 콘트라스트와 흡수막의 막 두께와의 관계의 구체예를 나타내는 그래프이다. 그래프에 따르면, 감쇠 계수 k=0.025로서는 흡수막(3)의 막 두께가 86 nm 이상일 필요가 있고, 감쇠 계수 k=0.030로서는 흡수막(3)의 막 두께가 72 nm 이상인 필요가 있고, 감쇠 계수 k=0.040로서는 흡수막(3)의 막 두께가 56 nm 이상인 필요가 있다. 즉, 그래프는 감쇠 계수가 클수록, 콘트라스트 γ≤ 1.0(%)를 만족하기 위한 막 두께를 작게 할 수 있는 것을 도시한다.
도 7a-d는, 라인 폭 허용량 및 콘트라스트의 값 γ의 양방을 만족하기 위한 조건의 구체예를 나타내는 그래프이다. 그래프에 있어서, 양방을 만족하는 조건은, 새도우 부분에서 나타낸 영역에서 얻어진다. 즉, 감쇠 계수가 클수록, 허용 영역이 넓어진다. 그러나, 웨이퍼 상의 라인 폭 22 nm의 패턴을 노광하기 위해 필요한 NA= 0.30의 노광기를 이용하는 경우, 마스크 입사 각도가 7°이상인 것을 고려하면, 라인 폭 허용량 및 콘트라스트의 값 γ의 양방을 만족하는 조건은 존재하지 않는다. 조건이 존재하지 않는 이유로서, 마스크 상에 비스듬히 입사하는 노광 광에 대하여 마스크 패턴 구성 변이 직교하는 것을 전제로, 노광량을 마스크 상의 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 352 nm에 대하여 설정했기 때문이다. 조건이 존재하지않는 이유를 마스크 상의 근접장 에너지에 대하여, 이하에 상술한다.
우선, 근접장 에너지를 특정하기 위해, 마스크 상의 근접장에서의 광 강도 분포 J(x)를, 마스크상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 176 nm에 대해서는 2 주기분, 또 마스크 상의 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 352 nm에 대해서는 1 주기분에 대하여, 각각 특정한다. 도 8a 및 도 8b는, 각각의 특정 결과의 구체예를 나타내는 설명도이다. 도면에서는, 입사 각도 0°, 즉 마스크면 상에 수직으로 노광 광이 입사하는 경우에 마스크 상의 근접장에서의 광 강도 분포(도 8a 참조)와, 입사 각도 7.84°의 경사 입사로 갖아 마스크면 상에 노광 광이 입사하는 경우에 마스크 상의 근접장에서의 광 강도 분포(도 8b 참조)를 나타내고 있다. 이들 마스크 상의 근접장에서의 광 강도 분포 J(x)로부터, 마스크 상의 근접장 광 에너지 E는, 이하의 수학식 10에 나타내는 정적분으로 얻어진다.
Figure 112005008752449-pat00010
여기서, 마스크 상에서 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 176 nm에 대하여 구한 마스크 상의 근접장의 에너지를 Edense, 마스크 상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 352 nm에 대하여 구한 마스크 상의 근접장의 에너지를 Esparse로 하여, 이들의 마스크상 근접장 에너지의 비를 Edense/Esparse로 한다. 그리고, 에너지 비 Edense/Esparse와, 마스크 상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 176 nm의 과밀 레이아웃의 패턴에 있어서의 웨이퍼 상 라인 폭과의 관계를 도시하면, 그 관계는 도 9a-d에 도시된 바와 같다. 도 9a-d는, 에너지 비와 웨이퍼 상 라인 폭과의 관계의 구체예를 나타내는 그래프이고, 웨이퍼 상의 라인 폭을 감쇠 계수 0.025, 0.030, 0.035, 0.040 및 마스크 상의 노광 광의 입사 각도 4.48°, 6.16°, 7.49°, 8.38°의 각 조건에 대하여 나타낸 것이다. 도면에 따르면, 마스크 상의 근접장 에너지의 비가 감소함에 따라, 웨이퍼 상의 라인 폭이 증대하는 것을 알 수 있다. 증대하는 경향은 입사 각도가 커지는데에 수반하여 현저하게 된다. 또한,감쇠 계수가 작은 쪽이, 웨이퍼 상의 라인 폭에 대한 마스크 상의 근접장 에너지의 영향이 커지는 것을 알 수 있다.
또한, 마스크 상에 입사하는 노광광이 마스크면 상에 수직인 경우의 마스크 상 근접장 에너지에 있어서, 마스크 상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 176 nm에 대하여 구한 마스크 상 근접장의 에너지를 Enormal-dense, 마스크 상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 352 nm에 대하여 구한 마스크 상 근접장의 에너지를 Enormal-sparse로 하여, 이들과 에너지 Edense 또는 에너지 Esparse와의 비를 Edense/Enorma1-dense, Esparse/Enormal-sparse로 한다. 그리고,각각의 에너지 비 Edense/Enormal-dense, Esparse/Enormal-sparse를 도시하면, 그 관계는 도 10a-b에 도시된 바와 같다. 도 10a-b는, 마스크 상 근접장 에너지를 입사 각도 O°(수직 입사)인 경우와 상대 비교한 구체예를 나타내는 그래프이고, 감쇠 계수가 k= 0.040인 경우를 나타낸 것이다. 이에 따르면, 소밀 레이아웃의 패턴은, 입사 각도가 증대해도 마스크 상 근접장의 에너지의 비의 변화의 정도가 작고, 노광 광이 마스크면 상에 수직인 경우와 비스듬히 입사하는 경우의 차이가 작은 것을 알 수 있다. 한편, 과밀 레이아웃의 패턴은, 입사 각도가 증대함과 함께 마스크 상 근접장의 에너지의 비의 변화의 정도가 크고, 특히 입사 각도가 6°이상으로서는 현저히 저하한다. 특히, 과밀한 패턴인 경우, 마스크 상 근접장 에너지의 저하는, 마스크 상 경사 입사각이 6° 이상일 때 현저하다. 이 마스크 상 근접장 에너지의 저하가 웨이퍼 상 광 강도의 콘트라스트를 저하시켜, 라인 폭의 증대와 해상력의 저하를 가져온다.
[보정에 대한 설명]
이상의 현상을 밝힌 뒤에, 본 실시예에 있어서, 마스크 패턴 보정을 행하는 경우에는, 이하의 수학식 11, 12를 만족하도록, 마스크 패턴을 보정한다.
Figure 112005008752449-pat00011
Figure 112005008752449-pat00012
즉, 노광 광이 마스크면 상에 수직으로 입사하는 경우에 있어서의 마스크 상 근접장 에너지와 동등한 에너지를 갖도록, 노광 광이 마스크면 상에 비스듬히 입사하는 경우의 마스크 상의 패턴을 보정하는 것이다. 이때의 보정 그리드 크기는, 4배 마스크 상에서 1 nm으로 하는 것이 생각된다.
도 11은, 보정 대상이 되는 노광용 마스크의 마스크 구조의 구성예를 나타내는 개요도이다. 그림 예의 노광용 마스크는, 글래스 기판(1) 및 마스크 블랭크막(2)상에, 막 두께 76 nm의 TaN으로 이루어지는 흡수막(3)이 형성됨과 함께, 마스크 블랭크막(2)과 흡수막(3) 사이에, 막 두께 30 nm의 SiO2로 이루어지는 버퍼막(4)이 형성되어, 구성되어 있다. 그리고, 렌즈 개구 수 NA= 0.30, 광원의 크기 σ= 0.90의 노광 광학 조건으로 EUV에 노광되고, 마스크면 상에 대한 경사 입사 각도가 7.5°- 7.8°인 것으로 한다. 이러한 구성의 노광용 마스크에 있어서, 버퍼막(4)의 감쇠 계수는 0.01l이고, 흡수막(3)의 감쇠 계수는 0.032이다. 즉, 버퍼막(4)과 흡수막(3)의 총 막 두께는 106 nm이고, 합성 감쇠 계수는 0.026이 된다. 따라서, 도 11에 나타낸 구성의 노광용 마스크에서는, 도 7을 이용하여 설명한 흡수막 막 두께와 경사 입사 각도에 대한 허용 범위에서 크게 일탈하는 것을 알 수 있다. 즉, 원하는 웨이퍼 상 전사상의 충실도를 얻기 위해서는, 마스크 상의 패턴 보정이 필요하다.
마스크 상의 패턴 보정은, 도 1을 이용하여 설명한 수순에 따르면서, 전술한수학식 11, 12를 만족하도록 하면 된다. 여기서도, 마스크 상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 176 nm(마스크 상 스페이스 폭은 88 nm)의 과밀 패턴, 및, 마스크 상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 352 nm(마스크 상 스페이스 폭은 264 nm)의 소밀 패턴을 예로 든다. 마스크 상의 경사 입사 각도는 7.8°로 한다. 도 12a는, 마스크 상 근접장 에너지를, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우를「1」로 하여, 이것에 대하여 보정 횟수마다, 노광 광이 비스듬히 입사하는 경우의 마스크 상 근접장 에너지의 상대량을 나타낸 것이다. 도 12b에서는, 마스크 상 스페이스 폭을, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우와 비교하여, 보정 횟수마다 나타낸다. 이 경우, 라인 폭은 피치로부터 스페이스 폭을 차감하여 정의된다. 본 그래프는 피치 176 nm의 과밀 패턴인 경우, 패턴이 3회 보정되며, 또한, 피치 352 nm의 소밀 패턴인 경우, 패턴이 1회 보정됨을 도시한다.
또한, 보정 횟수마다 마스크 상의 근접장 광 강도가 보정되어 가는 과정, 및, 보정 횟수마다 웨이퍼 상의 광 강도 분포가 보정되어 가는 과정을, 도 13a-b 및 도 14a-b에 나타낸다. 도 13a-b은 과밀 패턴에 대하여 나타낸 것이고, 도 14a-b는 소밀 패턴에 대하여 나타내는 것이다. 또한, 도 15에는, 노광 광이 마스크의 전면에 수직으로 입사한 경우, 노광 광이 마스크의 전면에 비스듬히 입사한 경우, 및 노광 광이 마스크의 전면에 비스듬히 입사하여 그 강도를 보정한 경우에 웨이퍼 상의 라인 폭을 비교하는 것을 나타낸다. 이들의 결과로부터, 원하는 라인 폭 22 nm에 대하여, 보정 이전에는 287 nm의 라인 폭이던 것이, 보정 후에는 23.1 nm에 개선되어 있는 것이 분명하게 알 수 있다.
다음으로, 보다 복잡한 패턴 보정을 행한 경우의 구체예를 설명한다. 도 16은, 보정 대상으로 한 4배 마스크 상 패턴의 설계 레이아웃이 예를 나타내는 개요 도이다. 그림 예의 마스크 상의 패턴은, 88 nm의 라인 패턴의 양측에, 352 nm의 폭의 사각형 패턴이, 88 nm의 스페이스 패턴을 끼우고 배치된 것이다. 실제로 보정을 행하는 마스크 패턴은, 그림 예의 패턴을 반복한 것으로 된다. 즉, 그림 예의 마스크 상의 패턴은, 마스크 패턴의 공간 주기 1 주기분을 잘라낸 것이다. 또한, 노광 광학 조건은 NA= 0.30, σ= 0.90이고, 경사 입사에 있어서의 마스크 상 노광 광의 입사각은 7.6°인 것으로 한다.
이러한 마스크 상의 패턴에 대한 보정을 행하기 위해서는, 우선, 그 마스크상의 패턴이 되는 모델 패턴에 대하여 보정을 행한다. 도 17a-b는, 모델 패턴의 일례를 나타내는 개요도이다. 그림 예의 모델 패턴은, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 것이다. 도 17b와 같이, 2개의 과밀 스페이스 패턴으로 이루어지는 모델 패턴에는, 미리 OPC가 실시되고 있는 것으로 한다. 도 18a-b는, 마스크 상 노광 광의 입사각 7.6°의 조건에 대하여 보정한 결과를 나타내는 개요도이다. 도 18a-b에 나타낸 보정치를 이용하여 마스크 보정한 후의 마스크 패턴, 그 마스크 패턴을 노광하여 얻어진 결과를, 각각 도 19a-b에 나타낸다. 도 19a-b에서도 알 수 있듯이, 보정 후의 마스크 패턴을 이용하여 웨이퍼 상에 노광하면, 22 nm ± 1.1 nm의 라인 폭의 허용조건을 충족시키는 양호한 웨이퍼 상 전사상이 얻어지는 것을 알 수 있다.
여기서, 비교를 위해, 본 발명에 따르지 않는 보정 결과에 대하여 간단히 설명한다. 도 20a-b는, 본 발명에 따르지 않는 보정 결과의 일례를 나타내는 개요도이다. 그림 예에서는, 마스크 상 노광 광의 입사각 7.6°의 조건에 있어서, 마스 크 상 라인 폭 88 nm에서, 또한, 피치 352 nm에 대하여, 웨이퍼 상 라인 폭이 22 nm 가 되도록 노광량을 설정하여, 그 조건으로 웨이퍼 상 전사상을 얻음과 함께, 마스크 패턴 에지 위치를 변이된 웨이퍼 상 전사상도 얻어, 이들의 웨이퍼 상 전사상으로부터 이하의 수학식 13에 기초하여 마스크 오차 인자 MEEF를 구하여, 그 위에 원하는 에지 위치 좌표 Xnowafer에 대한 마스크 상 보정치 C를 이하의 수학식 14에 의해 구한다. 그리드 크기는 보정 그리드 사이즈 g에 대하여, C ≤ g × MEEF의 관계가 만족될 때까지 보정을 반복하다 결과이다. 보정그리드 사이즈는 4배 마스크 상에서 1 nm이다.
Figure 112005008752449-pat00013
Figure 112005008752449-pat00014
또한, 수학식 13, 14에 있어서, +△Xpmask 및 -△Xnmask는 마스크 패턴 에지 위치의 변이량이고, +△XPwafer 및 -△Xnwafer는 이 변이량에 의한 웨이퍼 상에 놓을 수 있는 패턴의 에지 위치 좌표의 어긋남 량이다. 또한, m은 마스크 배율이다.
이러한 수순으로 얻어진 마스크 패턴의 보정 결과(이하「 종래예」)은, 도 20a-b에서도 알 수 있듯이, 복잡한 형상을 구비한다. 이것에 대하여, 본 발명에 따르는 보정 결과(이하「본 실시예」)은, 도 19a-b에서도 알 수 있듯이, 종래예에 비교하면 단순한 형상으로 되어있다. 이들 종래예와 본 실시예에 대하여, 그 웨이퍼 상 광 강도 분포를 비교하면, 이하와 같다. 도 21a-b는, 도 16의 패턴 중심선을 따른, 마스크 상 근접장 광 강도 분포 및 웨이퍼 상 광 강도 분포의 구체예를 나타내는 설명도이다. 도 21a에 도시한 바와 같이, 마스크 상 근접장 광 강도 분포를 종래예와 본 실시예로 비교하면, 흡수막(3)으로 새도우가 되는 부분의 광 강도는, 본 실시예가 종래예보다도 크다. 또한, 마스크 상 근접장 에너지는, 본 실시예의 쪽이 종래예보다도 1.2배 정도 크다. 또한, 도 21b에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 상 광 강도 분포에 있어서도, 본 실시예에 있어서의 광 강도 분포는, 종래예인 경우보다도 증대하고 있다.
그런데, 본 실시예에 의한 마스크 패턴의 보정은, 마스크 상에 비스듬히 노광광이 입사하는 경우의 근접장 에너지를, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 마스크 상 근접장 에너지에 대략 일치시키는 것이다. 따라서, 마스크 패턴은 투영 광학계의 조건에 무관하게 보정된다. 따라서, 다른 광학 조건에 있어서도, 마스크 상에 비스듬히 노광 광이 입사하는 경우의 웨이퍼 상 패턴 형상과, 노광광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 웨이퍼 상 패턴 형상은, 대략 일치하게 된다. 도 22a-b는, 도 19a의 마스크 상의 패턴을 이용하여, NA= 0.25 및 σ= 0.70의 노광 광학 조건으로 노광한 경우의 웨이퍼 상 전사상의 형상이 예를 나타내는 개요도이다. 도 22a에 도시한 바와 같이, 입사각 0°인 경우에 있어서는, NA가 작아지고, 수학식 1에 있어서의 프로세스 팩터 k1이 0.4로 낮아진 것에 수반하여, 해상 성능이 열화하고, 광 근접 효과의 영향에 의해 패턴이 변형하고 있다. 또한, 도 22b에 도시한 바와 같이, 마스크 상 근접장 에너지에 의한 보정을 행한 마스크를 이용하여 입사 각도 7.6°로 노광한 경우의 웨이퍼 상 전사상의 형상은, 입사각 O°인 경우와 같이, 광 근접 효과의 영향에 의해 패턴이 변형하고 있다. 즉, 경사 입사광에 의한 영향은 보정되었지만, 광 근접 효과의 영향이 남아 있는 상태이다.
이에 따라, 본 실시예에 의한 마스크 패턴의 보정을 행하여, 경사 입사 효과의 영향에 의한 웨이퍼 상 전사상의 충실도 저하를 회피한 경우에도, 예를 들면 OPC와 같은 종래 방법에 의한 보정을 행하여, 또 다른 웨이퍼 상 전사상의 충실도의 향상을 도모하는 것이 바람직하다. 도 23a(보정후 마스크 패턴) 및 도 23b(웨이퍼 상의 전사상)은 광 근접 효과의 영향을 추가로 제거한 결과의 구체예를 나타내는 설명도이다.
수직으로 입사할 때의 마스크 상 근접장 에너지를 구하는 경우, 기준 근접장 에너지는 OPC가 실시된 마스크상 패턴으로 구한다. 도 24a(보정 후 마스크 패턴)및 도 24b(웨이퍼 상의 전사상)는 모델 패턴에 대하여, 마스크 상에 노광광이 수직으로 입사하는 경우에 NA= 0.25 및 σ= 0.70의 노광 광학 조건으로 OPC를 행한 결과의 구체예를 나타내는 개요도이다. 또한, 도 25a(보정 후 마스크 패턴) 및 도 25b(웨이퍼 상의 전사상)는, 노광광이 수직으로 입사하며 OPC가 실시되는 마스크 상의 근접장 에너지가 노광광이 7.6°의 입사 각도를 갖아 비스듬히 입사하는 마스크와 거의 일치할 때 보정된 마스크 패턴 및 전사상의 구체예를 나타내는 개요도이다. 도 24a-b의 결과와 도 25a-b의 결과를 비교하면, 이들은 상호 일치도가 높은 것을 알 수 있다.
다음으로, 다른 구체예를 설명한다. 도 26은 보정 대상으로 한 4배 마스크 상 패턴의 설계 레이아웃의 다른 예를 나타내는 개요도이다. 그림 예의 마스크 패턴은, 4배 마스크 상 88 nm의 라인 패턴이 T 자 형상으로 배치된 것이다. 실제로 보정을 행한 마스크 패턴은 그림 예의 도형 패턴을 반복한 것으로 된다. 즉, 그림 예의 마스크 상 패턴은 마스크 패턴의 공간 주기 1 주기분을 잘라낸 것이다. 또한, 노광 광학 조건은 NA= 0.30, σ= 0.90이고, 경사 입사에 있어서의 마스크 상노광광의 입사각은 7.8° 인 것으로 한다.
이러한 마스크 상 패턴에 대한 보정을 행하기 위해서는, 우선, 그 마스크 상 패턴의 모델 패턴에 대하여 보정을 행한다. 도 27는, 모델 패턴의 일례를 나타내는 개요도이다. 그림 예의 모델 패턴은, 노광광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 것이다. 도 28는, 도 26의 모델 패턴에 대하여, 마스크 상 노광광의 입사각 7.8°의 조건에 대하여 보정한 결과를 나타내는 개요도이다. 도 28에 나타낸 보정치를 이용하여 마스크 보정한 후의 마스크 상 패턴과 그 마스크 상 패턴을 노광하여 얻어진 결과를 각각 도 29a-b에 나타낸다. 도 29b에서도 알 수 있듯이, 보정후의 마스크 패턴을 이용하여 웨이퍼 상에 노광하면, 간단한 모델로 보정됨에도 불구하고 양호하게 보정된 웨이퍼 상 전사상을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 29a의 예에 있어서의 마스크의 대향부는 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 웨이퍼 상 전사상으로, 미리 OPC가 실시된 값을 이용하고 있다. 도 30a-b는, 대향부의 웨이퍼 상 전사상에 있어서의 형상충실도가 좋고 되도록, 보 정을 실시한 마스크 상 패턴과 웨이퍼 상 전사상의 구체예를 나타내는 개요도이다.
또 다른 구체예를 설명한다. 마스크 상에 비스듬히 노광 광이 입사하는 경우의 근접장 에너지를, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 마스크 근접장 에너지에 대략 일치시키기 위해서는, 마스크 상 근접장 에너지를 단위 면적당의 에너지로서 구할 수 있다.
도 31a-b는, 본 실시예에 따른 패턴을 나타내는 개요도이다. 도 31a의 홀은, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우에, 웨이퍼 상 22 nm의 홀이 형성되도록 설계된 마스크 패턴이고, 그 조건은 8.8°의 입사 각도, NA= 0.30, σ= 0.90이다. 한편, 도 31b의 마스크 상 패턴은, 보정 후의 패턴이다.
도 32는, 도 31a-b의 패턴을 보정한 경우 웨이퍼 상의 광 강도 분포의 구체예를 나타내는 그래프이다. 도 32에서, 웨이퍼 상 광 강도는, 보정에 의해 마스크의 전면에 비스듬히 노광 광이 입사하는 경우에도, 노광 광이 마스크에 수직으로 입사하는 경우와 마찬가지의 광 강도를 구비하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 보정 전의 패턴에 의한 웨이퍼 상의 광 강도는, 현저히 작다.
도 33a-c는, 보정을 반복한 단계마다 놓일 수 있는 마스크 상의 근접장 에너지의 비(Eo/En), 마스크 패턴의 홀의 면적 및 마스크 패턴의 홀 폭의 구체예를 나타내는 그래프이다. 도 33a-c에 따르면, 5회 보정을 한 후에, 마스크에 비스듬히 노광 광이 입사하는 경우의 근접장 에너지와, 노광 광이 마스크에 수직으로 입사하는 경우의 마스크 근접장 에너지가, 상호 대략 일치하고 있는 것을 알 수 있다.
또 다른 구체예를 설명한다. 마스크 상에 비스듬히 노광 광이 입사하는 경우의 근접장 에너지를, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 마스크 근접장 에너지에 대략 일치시키는 것은, 감쇠 계수의 큰 재료를 선택하고, 흡수막의 막 두께를 얇게 함으로써도 실현 가능하다.
도 34a-b 및 도 35a-b는, 감쇠 계수의 차이에 의한 근접장 에너지의 비교 결과의 구체예를 나타내는 그래프이다. 도 34a-b에서는, 감쇠 계수가 0.0727인 두께 28 nm의 Ni로 이루어지는 흡수막을 이용한 경우의 근접장 에너지를, 두께 76 nm의 TaN으로 이루어지는 흡수막 및 두께 30 nm의 SiO2로 이루어지는 버퍼막이 적층된 경우의 근접장 에너지와 비교한 결과를 나타내고 있다. 또한, 도 35a-b에서는 도 34a-b와 마찬가지의 조건에 대하여, 마스크 상 근접장 에너지의 개선의 상황을 나타내기 위해서, 마스크 상 근접장 광 강도를 나타내고 있다. 이들의 그림 예의 비교 결과에 따르면, 76 nm의 TaN 흡수막과 두께 30 nm의 SiO2 버퍼막으로 이루어지는 마스크에, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 에너지(기준으로 되는 에너지)에 대하여, 마스크 상의 근접장 에너지가 크게 개선되어 있다. 특히, 176 nm 피치를 갖고, 두께 176nm의 TaN 흡수막과 두께 30 nm의 SiO2 버퍼막으로 구성된 4배 마스크의 근접장 에너지의 비(Eo/En)는 0.71인 데 대하여, 두께 28 nm의 Ni 흡수막으로 구성된 마스크의 근접장 에너지의 비는 0.87로 현저히 개선되는 것을 알 수 있다.
또한, 전술한 제1 내지 제4 실시예에서는, 노광 광이 마스크 상에 수직으로 입사하는 경우의 마스크 근접장 에너지를 기준으로 하는 예를 나타내었지만, 기준으로 하는 마스크 근접장 에너지는, 반드시 수직 입사하는 경우의 것이 아니고, 수직 입사라고 간주할 수 있는 각도로 입사한 경우의 것이어도 무방하다. 예를 들면, 도 10a-b에 있어서, 노광 광이 마스크에 수직으로 입사하는 경우의 마스크 근접장 에너지와 비교하고, 해당 에너지의 저하가 현저하지 않은 입사각 5°이하에 있어서의 마스크 근접장 에너지를 기준으로서도 좋다.
본 발명의 마스크 패턴 보정 방법, 노광용 마스크 및 마스크 제조 방법에 따르면, EUV가 마스크면 상에 경사 입사하는 경우에도, 마스크 패턴의 보정에 의해서, 수직 입사인 경우와 대략 동등한 형상의 전사상을 웨이퍼 상에 노광 전사할 수 있기 때문에, 경사 입사 효과에 의한 영향을 배제하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 경사 입사 효과의 영향으로 웨이퍼 상의 전사상의 충실성이 저하하는 것을 회피할 수 있게 되어, 해당 전사상을 설계대로 하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 보정을 행함으로써, EUV를 이용한 리소그래피 공정을 통해 얻어지는 반도체 장치의 성능 향상을 도모할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. EUV에 대해 반사 작용을 갖는 마스크 블랭크 막과 상기 EUV를 흡수하는 상기 마스크 블랭크막 상에 패터닝된 흡수막을 포함하고, 상기 마스크의 전면(front surface) 상에 비스듬하게 입사되어 반사된 상기 EUV로 상기 흡수막 상에 형성된 마스크 패턴에 따른 상을 전사하는 노광용 마스크 보정 방법으로서,
    상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 수직으로 입사될 경우 또는 상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 수직으로 입사되는 것으로 간주될 수 있는 각도로 입사될 경우에 광 에너지 E0를 얻는 단계;
    상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 비스듬하게 입사하고 상기 EUV가 반사되는 경우에 광 에너지 E1을 얻는 단계; 및
    상기 광 에너지 E0 및 E1의 비교 결과에 따라 상기 마스크 패턴을 보정하는 단계를 포함하는, 노광용 마스크 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 E0 및/또는 상기 에너지 E1은 상기 EUV를 반사시킴으로써 얻은 근접장 광의 에너지인, 노광용 마스크 보정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 E0 및/또는 상기 에너지 E1은 상기 흡수막의 표면으로부터의 거리가 상기 EUV의 파장의 2배 범위 내에서 얻은 광의 에너지인, 노광용 마스크 보정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴을 보정하는 단계에서는 상기 에너지 E1이 상기 에너지 E0와 같게 되도록 상기 마스크 패턴의 패턴 치수 및 패턴 위치 중 적어도 한쪽을 보정하는, 노광용 마스크 보정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴을 보정하는 단계에서는 상기 에너지 E1이 상기 에너지 E0와 같게 되도록 상기 마스크 막을 구성하는 상기 흡수막의 막 두께를 보정하는, 노광용 마스크 보정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 패턴을 보정하는 단계에서는 상기 에너지 E1이 상기 에너지 E0와 같게 되도록 상기 마스크 막을 구성하는 상기 흡수막의 성형 재료를 선택하는, 노광용 마스크 보정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 E0를 얻는 단계에 앞서 상기 마스크 패턴에 대하여 광 근접 효과 보정을 수행하는 단계를 더 포함하는, 노광용 마스크 보정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 E0 및 상기 에너지 E1 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 시뮬레이션으로 구하는, 노광용 마스크 보정 방법.
  9. EUV에 대해 반사 작용을 갖는 마스크 블랭크 막과 상기 EUV를 흡수하는 상기 마스크 블랭크막 상에 패터닝된 흡수막을 포함하고, 상기 마스크의 전면상에 비스듬하게 입사되어 반사된 상기 EUV로 상기 흡수막 상에 형성된 마스크 패턴에 따른 상을 전사하는 노광용 마스크로서,
    상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 수직으로 입사될 경우 또는 상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 수직으로 입사되는 것으로 간주될 수 있는 각도로 입사될 경우에 광 에너지 E0를 얻는 단계;
    상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 비스듬하게 입사하고 상기 EUV가 반사되는 때에 광 에너지 E1을 얻는 단계; 및
    상기 광 에너지 E0 및 E1의 비교 결과에 따라 상기 마스크 패턴을 보정하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는, 노광용 마스크.
  10. EUV에 대해 반사 작용을 갖는 마스크 블랭크 막과 상기 EUV를 흡수하는 상기 마스크 블랭크막 상에 패터닝된 흡수막을 포함하고, 상기 마스크의 전면상에 비스듬하게 입사되어 반사된 상기 EUV로 상기 흡수막 상에 형성된 마스크 패턴에 따른 상을 전사하는 노광용 마스크를 제조하기 위한 노광용 마스크 제조 방법으로서,
    상기 노광용 마스크는,
    상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 수직으로 입사될 경우 또는 상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 수직으로 입사되는 것으로 간주될 수 있는 각도로 입사될 경우에 광 에너지 E0를 얻는 단계;
    상기 EUV가 상기 마스크의 전면상에 비스듬하게 입사하고 상기 EUV가 반사되는 때에 광 에너지 E1을 얻는 단계; 및
    상기 광 에너지 E0 및 E1의 비교 결과에 따라 상기 마스크 패턴을 보정하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는, 노광용 마스크 제조 방법.
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