KR101139986B1 - 레벤손형 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

레벤손형 위상 시프트 마스크는, 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 상기 개구부의 투명 기판을 부분적으로 굴착하거나 또는 상기 개구부의 투명 기판 상에 투명막을 부분적으로 위에 두어서 형성된 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크로서, 인접하는 동일 종류의 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 차광부 패턴을 갖고, 마스크의 설계 디자인으로 정해진 소정의 설계 선 폭에 대해서 상기 차광부 패턴을 소정량만큼 양측으로 넓히는 바이어스 보정이 실시되어 있다.

레벤손형 위상 시프트 마스크, 투명 기판, 차광부, 개구부, 시프터 개구부, 비시프터 개구부, 투과광, 바이어스 보정량

Description

레벤손형 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법{LEVENSON TYPE PHASE SHIFT MASK AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은, LSI 등의 반도체 소자의 제조에 이용되는 레벤손형 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

요즘, 반도체 소자의 고밀도 미세화에 수반하여 투영 노광 장치에도 높은 해상성이 요구되고 있다. 그래서, 포토 마스크 분야에서는, 전사 패턴의 해상성을 향상시키는 방법으로서, 1982년에 IBM사의 Levenson 등에 의해 제안된 위상 시프트법이 있다. 위상 시프트법의 원리는, 인접하는 개구부를 통과한 투과광의 위상이 반전하도록 개구부의 한쪽에 위상 시프트부(시프터 개구부)를 설치함으로써, 투과광이 서로 간섭할 때에 경계부에서의 광 강도를 약하게 하고, 그 결과로서 전사 패턴의 해상성 및 초점 심도를 향상시키는 것이다. 이러한 위상 시프트법을 이용해서 해상성을 향상시킨 포토마스크는, 일반적으로 레벤손형 위상 시프트 마스크라고 불린다.

개구부의 한쪽에 위상 시프트부를 형성하는 방법으로서는, 현재, 투명 기판을 에칭 등에 의해 굴착해서 시프터 개구부를 형성하는 음각형이 주류이다.

도 8은, 음각형의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 구조를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도면에서 참조부호 11은 투명 기판, 참조부호 12는 차광막, 참조부호 13은 비시프터 개구부, 참조부호 14는 시프터 개구부다. 참조부호 15는 셸로우 트렌치라고 하고, 비시프터 개구부(13)의 기판 굴착 깊이다. 참조부호 16은 언더 컷이라고 하고, 시프터 개구부(14)에 형성하는 차광부의 차양의 길이다. 참조부호 17은 비시프터 개구부(13)의 투과광(3b)과 시프터 개구부(14)의 투과광(3a)의 위상차가 180°로 되는데 상당하는 굴착량의 차이다. 참조부호 18은 크롬 CD((CD:Critical Dimension), 예를 들면 라인 패턴의 고립 패턴인 경우, 라인 선 폭을 말한다)라고 하고, 차광막(12)에 크롬(Cr)을 이용했을 때의 선 폭 치수다. 참조부호 19는 피치라고 하고, 차광 패턴의 단부면으로부터 다음 차광 패턴의 단부면까지의 거리이다.

도 8에 도시하는 레벤손형 위상 시프트 마스크에 있어서, 셸로우 트렌치(15)가 없는 경우에는 소위 싱글 트렌치 구조라고 하고, 셸로우 트렌치(15)가 있는 경우에는 소위 듀얼 트렌치 구조라고 한다. 어느 구조에 있어서나, 기판 굴착부의 측벽으로부터의 투과광에 의한 차광 강도의 언밸런스 방지를 위해, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이 언더 컷(16)을 형성하는 것이 공지이다.

상기의 음각형의 레벤손형 위상 시프트 마스크는, 시프터 개구부와 비시프터 개구부를 교대로 반복 배치하는 구조를 기본으로 한다. 그러나, 실제의 디바이스 회로의 설계에서는, 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 교대로 배치되는 패턴뿐만 아니라, 시프터 개구부끼리 인접하는 패턴, 혹은 비시프터 개구부끼리 인접하는 패턴이 발생한다. 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이 시프터 개구부(21a)에 다른 시프터 개구부(22a)가 인접하는 패턴이 발생하는 경우가 있다. 이렇게 동일 종류의 개구부가 인접하는 패턴의 발생은 회로 설계에 있어서 피할 수 없는 경우가 많다. 동일 종류의 개구부가 인접하는 패턴에서는, 다음의 2가지 문제점이 있다.

그 첫 번째는, 인접하는 개구부(21a, 22a)의 투과광(3a)의 위상이 동일하기 때문에(도 9의 경우에는 π-π), 이들이 보강 간섭하고(상쇄시키지 않음), 그 결과, 동일 종류의 개구부 사이에 끼워진 부분(23a)의 광 강도가 커져서, 이 끼워진 부분의 해상성이 나빠진다고 하는 문제이다. 도 10은, 포지티브형 레지스트를 사용해서, 도 9의 구조를 갖는 마스크를 반도체 웨이퍼 위에 전사했을 경우의 상대적 노광 강도를 나타내는 특성선도이다. 동일한 쓰레스홀드(SL)에서는, 시프터 개구부와 비시프터 개구부 사이에 끼워진 부분의 레지스트 CD(레지스트의 전사 치수)(25b, 26b)에 비해, 동일 종류의 시프터 개구부(21a, 22a)의 사이에 끼워진 부분의 레지스트 CD(23b)는 작아져서, 이 부분이 해상하기 어려워진다.

두 번째는, 동일 종류의 개구부 사이에 끼워진 부분(23a)에 존재하는 차광막(12b)이 박리되기 쉬워진다고 하는 문제이다. 비시프터 개구부가 인접하는 경우에는 문제없지만, 도 9에 도시하는 패턴과 같이 동일 종류의 시프터 개구부(21a, 22a)가 인접하는 경우에는, 2개의 시프터 개구부(21a, 22a)의 사이에 끼워진 부분(23a)의 투명 기판(11)에 양측으로부터 언더 컷(16)이 들어가기 때문에, 차광막(12b)과 투명 기판(11)의 접촉 면적이 감소한다. 이 때문에, 끼워진 부분(23a)의 차광막(12b)이 투명 기판(11)으로부터 박리되기 쉬워진다. 이 차광막(12b)의 박리 대책 때문에 마스크 설계가 큰 제약을 받아서, 언더 컷 량을 적당하게 선택할 수 없어, 마스크의 퍼포먼스가 악화하는 경우가 있다.

특허 문헌 1:일본 특허 공개 평 10-333316호

<발명의 개시>

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 동일 종류의 개구부 사이에 끼워진 부분에 있어서의 패턴 해상성을 향상시킬 수 있고, 또한, 동일 종류의 개구부 사이에 끼워진 부분의 차광막을 박리되기 어렵게 할 수 있는 레벤손형 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크는, 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 상기 개구부의 투명 기판을 부분적으로 굴착하거나 또는 상기 개구부의 투명 기판 상에 투명막을 부분적으로 위에 두어서 형성된 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복해서 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크에 있어서, 인접하는 동일 종류의 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 차광부 패턴을 갖고, 마스크의 설계 디자인으로 정해진 소정의 설계 선 폭에 대해서 상기 차광부 패턴을 소정량만큼 양측으로 넓히는 바이어스 보정이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.

(2) 인접하는 시프터 개구부에 양측으로부터 끼워져 있거나, 또는 인접하는 비시프터 개구부에 양측으로부터 끼워지는 차광부 패턴의 소정의 노광 조건에서의 전사 치수를 바이어스 보정량의 함수로서 나타내고, 상기 차광부 패턴이 원하는 전사 치수로 얻어지도록 바이어스 보정량을 결정하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 위상 시프트 마스크이다.

(3) 바이어스 보정량을 결정하는 처리는, 반도체 웨이퍼 상에의 전사 시뮬레이션에 의한 것을 특징으로 하는 (2)에 기재된 위상 시프트 마스크이다.

(4) 인접하는 시프터 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 차광부 패턴에 바이어스 보정을 실시한 레벤손형 위상 시프트 마스크로서, 시프터 개구부와 비시프터 개구부 사이에 끼워진 차광부 패턴이 시프터 개구부측에 언더 컷을 갖고, 또한 상기 바이어스 보정을 실시한 차광부 패턴이 언더 컷을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크이다(도 1).

(5) 인접하는 시프터 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 차광부 패턴에 바이어스 보정을 실시한 레벤손형 위상 시프트 마스크로서, 시프터 개구부와 비시프터 개구부 사이에 끼워진 차광부 패턴이 시프터 개구부측에 언더 컷을 갖고, 또한 상기 바이어스 보정을 실시한 차광부 패턴이 차광막을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 위상 시프트 마스크이다(도 2). 이 크롬레스 타입의 위상 시프트 마스크는, 시프터 개구부로부터의 투과광과 끼워진 부분으로부터의 투과광이 상쇄되어, 끼워진 부분에 차광막을 가지지 않음에도 불구하고, 마치 차광막이 존재하는 것처럼 기능한다.

(6) 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 상기 개구부의 투명 기판을 부분적으로 굴착하거나 또는 상기 개구부의 투명 기판 상에 투명막을 부분적으로 위에 두어서 형성된 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복해서 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 있어 서, 투명 기판 상에 형성된 차광막을 패턴 에칭하여, 인접하는 동일 종류의 개구부에 양측으로부터 끼워지는 차광부 패턴이 형성되어야 할 영역에 바이어스 보정을 실시한 차광막 패턴을 형성하고, 상기 차광막 패턴 상에 양측에 언더 컷 량 분만큼 넓힌 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 해서 에칭에 의해 상기 투명 기판을 굴착해서, 상기 레지스트 패턴에 대해서 언더 컷을 형성하고, 상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법이다(도 6A 내지 도 6I).

(7) 상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거한 후에, 인접하는 동일 종류의 개구부에 양측으로부터 끼워지는 상기 차광부 패턴을 제외하고 상기 차광막 패턴을 피복하는 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 차광부 패턴의 차광막을 에칭에 의해 제거하고, 상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 방법이다(도 6A 내지 도 6I).

(8)차광막을 패턴 성막해서 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 상기 개구부의 투명 기판을 부분적으로 굴착하거나 또는 상기 개구부의 투명 기판 상에 투명막을 부분적으로 위에 두어서 형성된 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복해서 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 있어서, 투명 기판 상에 형성된 차광막을 패턴 에칭하여, 인접하는 동일 종류의 개구부에 양측으로부터 끼워지는 차광부 패턴이 형성되어야 할 영역으로부터 차광막을 제거하고, 상기 차광막 제거 영역 상에 바이어스 보정을 실시해서 양측에 언더 컷 량 분만큼 넓힌 레지스트 패턴을 형성하 고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 해서 에칭에 의해 상기 투명 기판을 굴착해서, 상기 레지스트 패턴에 대해서 언더 컷을 형성하고, 상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법이다(도 7A 내지 도 7G).

(9) 인접하는 시프터 개구부에 양측으로부터 끼워져 있거나, 또는 인접하는 비시프터 개구부에 양측으로부터 끼워지는 차광부 패턴의 소정의 노광 조건에서의 전사 치수를 바이어스 보정량의 함수로서 나타내고, 상기 차광부 패턴이 원하는 전사 치수로 얻어지도록 바이어스 보정량을 결정하는 것을 특징으로 하는 (6) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 방법이다.

(10) 상기 바이어스 보정량을 결정하는 처리는, 반도체 웨이퍼 상에의 전사 시뮬레이션에 의한 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 방법이다.

본 명세서에 있어서 「비시프터 개구부」란, 광의 위상을 바꾸는 일없이 광을 투과시키는 패턴 영역을 말하는 것으로 정의한다. 또한 본 명세서에 있어서 「시프터 개구부」란, 광의 위상을 바꿔서(위상 변조시켜서) 광을 투과시키는 패턴 영역을 말하는 것으로 정의한다. 예를 들면 음각형의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 경우에는, 차광막이 존재하지 않는 영역이며, 굴착부가 정말로 없거나, 또는 굴착부가 있었다고 해도 셸로우 트렌치만이 형성된 패턴 부분이 비시프터 개구부에 해당하고, 또한 굴착부가 있는 패턴 부분이 시프터 개구부에 해당한다.

본 명세서에 있어서 「NA」란, 광학기기에 있어서 조리개의 반경이 입사광에 대해서 뻗치는 각도 θ의 정현 sinθ와 렌즈와 피처리 기판의 공간의 굴절률 n과의 곱(n×sinθ)으로 부여되는 개구수를 말하는 것으로 정의한다.

본 명세서에 있어서 「σ」이란, 조명 광학계의 개구수를 투영 광학계의 개구수로 나눈 값으로서 주어지는 코히어런스 팩터를 말하는 것으로 정의한다.

본 명세서에 있어서 「저스트 포커스」란, 패턴을 형성하려고 하는 피처리 기판 상에 도포된 레지스트의 표면에 노광기 광학계의 초점을 일치시키는 것을 말하는 것으로 정의한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 도시하는 단면도.

도 2는 본 발명의 제2 실시 형태의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 도시하는 단면도.

도 3은 본 발명의 제3 실시 형태의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 도시하는 단면도.

도 4는 포지티브형 레지스트를 사용해서, 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 반도체 웨이퍼 위에 전사했을 경우의 상대적 노광 강도를 나타내는 특성도.

도 5는 바이어스 보정량에 대한 동일 종류의 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 패턴의 레지스트 CD를 나타내는 특성도.

도 6A는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6B는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6C는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6D는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6E는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6F는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6G는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6H는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6I는 본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7A는 본 발명의 다른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7B는 본 발명의 다른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7C는 본 발명의 다른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7D는 본 발명의 다른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7E는 본 발명의 다른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7F는 본 발명의 다른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 7G는 본 발명의 다른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 8은 종래의 음각형의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 나타내는 개략적인 단면도.

도 9는 시프터 개구부끼리 인접하는 패턴을 가지는 종래의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 도시하는 단면도.

도 10은 포지티브형 레지스트를 이용해서, 도 9의 구조를 갖는 종래의 마스크를 반도체 웨이퍼 위에 전사했을 경우의 상대적 노광 강도를 나타내는 특성도.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

이하, 첨부의 도면을 참조해서 본 발명의 여러 가지 바람직한 실시 형태에 관해 설명한다.

(제1 실시 형태;타입 1)

도 1에 도시한 바와 같이 제1 실시 형태의 레벤손형 위상 시프트 마스크(1)는, 인접하는 시프터 개구부(21c, 22c) 사이에 양측으로부터 끼워진 차광부 패턴(23c)이 차광막 패턴(52b)을 구비하고 있고, 이 차광막 패턴(52b)이 언더 컷을 갖지 않는 것이며, 또한, 해당 차광부 패턴(23c)에 바이어스 보정(α)을 실시한 타입이다. 이하, 이것을 타입 1이라고 부른다.

타입 1의 마스크(1)에서는, 굴착부(44b)의 한쪽에 언더 컷이 없는 차광막 패턴(52b)을 형성하고, 굴착부(44b)의 다른 쪽에 언더 컷(16)을 가지는 차광막 패턴(52a)(차광부 패턴(25c))을 형성하고, 이것들에 의해 시프터 개구부(21c)를 형성하고 있다. 마찬가지로, 차광부 패턴(23c)을 사이에 두고 반대측에 위치하는 시프터 개구부(22c)도 언더 컷이 없는 차광막 패턴(52b)과 언더 컷(16)을 가지는 차광막 패턴(52a)(차광부 패턴26c)으로 형성되어 있다.

타입 1의 마스크(1)에 의하면, 시프터 개구부(21c, 22c)를 투과한 투과광(3a)의 보강 간섭이 바이어스 보정(α)에 의해 억제할 수 있으므로, 도 4에 도시하는 바와 같이 끼워진 영역의 상대적 노광 강도가 특성선 B(파선)로부터 특성선 A(실선)와 같이 개선되어, 양 옆 개구부의 위상차가 반전되어 있지 않기 때문에 차광부 패턴(23c)(통상은 해상하기 어려운 패턴)의 레지스트 CD(23f)의 해상성이 대폭 향상된다. 또한 타입 1의 마스크는, 차광부 패턴(23c)에 있어서 차광막(52b)이 언더 컷을 갖지 않으므로, 투명 기판(41)으로부터 차광막(52b)이 박리되기 어려워진다.

(제2 실시 형태;타입 2)

도 2에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태의 마스크(1A)는, 인접하는 시프터 개구부(21d, 22d) 사이에 양측으로부터 끼워진 차광부 패턴(23d)이 차광막을 가지지 않는 것이며, 또한, 해당 차광부 패턴(23d)에 바이어스 보정(β)을 실시한 타입이다. 이하, 이것을 타입 2라고 부른다.

타입 2의 마스크(1A)에서는, 굴착부(45b)의 한쪽에 차광막이 없는 차광부 패턴(23d)을 형성하고, 굴착부(45b)의 다른 쪽에 언더 컷(16)을 가지는 차광막 패턴(53a)(차광부 패턴(25d))을 형성하고, 이것들에 의해 시프터 개구부(21d)를 형성하고 있다. 마찬가지로, 차광부 패턴(23d)을 사이에 두고 반대측에 위치하는 시프터 개구부(22d)도 차광막이 없는 차광부 패턴(23d)과 언더 컷(16)을 가지는 차광막 패턴(53a)(차광부 패턴(26d))으로 형성되어 있다.

타입 2의 마스크(크롬레스 타입)(1A)는, 끼워진 부분(차광부 패턴(23d))의 선 폭이 작을 때에 유효하고, 시프터 개구부(21d, 22d)로부터의 투과광(3a)과 비시프터 개구부(23d)로부터의 투과광(3b)이 상쇄되어, 끼워진 부분에 차광막을 가지지 않음에도 불구하고, 마치 차광막이 존재하는 것처럼 샤프한 해상성을 얻을 수 있다.

(제3 실시 형태;타입 3)

도 3에 도시한 바와 같이 제3 실시 형태의 마스크(1B)는, 인접하는 비시프터 개구부(25e, 26e) 사이에 양측으로부터 끼워진 차광부 패턴(23e)에 바이어스 보정(γ)을 실시한 타입이다. 이하, 이것을 타입 3이라고 부른다.

타입 3의 마스크(1B)에 있어서는, 시프터 개구부로 되는 굴착부(46b)가 아니 고, 비시프터 개구부(21e, 22e)의 사이에 양측이 끼워진 기판(41)의 평탄영역에 차광막 패턴(51f)을 형성하고, 이것에 의해 차광부 패턴(23e)을 형성하고 있다. 이러한 타입 3의 마스크(1B)에 의해서도, 전술한 타입 1의 마스크(1A)와 같이 해상성의 향상 및 차광막의 박리 방지의 효과를 얻을 수 있다.

다음으로 최적의 바이어스 보정량(α, β, γ)을 구하는 반도체 웨이퍼 상에의 전사 시뮬레이션에 관해 설명한다. 인접하는 시프터 개구부(또는 비시프터 개구부)에 끼워진 패턴의 소정의 노광 조건에서의 전사 치수를 바이어스 보정량의 함수로서 나타내는 방법으로 구한다. 우선, 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복해서 존재하는 통상적인 레벤손형 위상 시프트 마스크의 구조에 있어서, 포토마스크 상의 크롬 CD대로 레지스트 CD를 얻을 수 있는 쓰레스홀드를 결정한다. 상기의 구조 이외에 특히 해상시키고자 하는 패턴이 있는 경우에는, 그 패턴이 원하는 레지스트 CD로 해상하는 쓰레스홀드를 결정한다.

다음으로, 도 1 및 도 2 (또는 도 3)에 나타나 있는 바와 같은 동일 위상의 개구부가 인접하는 구조에 있어서, 바이어스 보정량을 여러 가지 변화시켰을 때의, 동일 종류의 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 패턴의 상기의 쓰레스홀드에서의 레지스트 CD(레지스트의 전사 치수)를 구한다. 이 레지스트 CD가 원하는 값(예를 들면 도 5의 쓰레스홀드 레벨 선(31))으로 얻어지도록 바이어스 보정량(α, β, γ)을 마스크 타입마다 결정한다.

도 5는, 횡축에 바이어스 보정량(㎚)을 취하고, 종축에 동일 종류의 개구부에 양측으로부터 인접된 패턴의 레지스트 CD(㎚)를 취하고, 바이어스 보정량에 대 한 레지스트 CD(레지스트의 전사 치수)의 변화에 대해서 시뮬레이션을 이용해서 조사한 결과를 나타내는 특성선도이다. 도면 중의 특성선 E(굵은 실선)는 타입 1의 위상 시프트 마스크(1)에, 특성선 F(가는 실선)는 타입 2의 위상 시프트 마스크(1A)에, 특성선 G(파선)는 타입 3의 위상 시프트 마스크(1B)에 각각 대응하고 있다. 이들 특성선 E, F, G와 패턴 최소선 폭(65㎚)의 쓰레스홀드 선(31)과의 교점으로부터 위상 시프트 마스크의 타입마다 바이어스 보정량 α, β, γ를 각각 구한다. 시뮬레이션에 이용한 레벤손형 위상 시프트 마스크의 모델과 노광 조건을 하기에 나타낸다.

크롬 CD:260㎚(포토마스크 상의 사이즈)

피치:760㎚(포토마스크 상의 사이즈)

셸로우 트렌치:0㎚

언더 컷:100㎚(포토마스크 상의 사이즈)

노광 파장:193㎚

NA:0.78

σ:0.4

노광 배율:4배

포커스:저스트 포커스

(타입 1, 2의 마스크의 제조 방법)

다음으로, 도 6A 내지 도 6I를 참조하여, 타입 1 및 타입 2의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위한 방법에 관해 설명한다. 레벤손형 위상 시프트 마 스크의 구조는 싱글 트렌치로 나타내고 있다.

우선, 블랭크 마스크(100)를 준비한다(공정 S1). 블랭크 마스크(100)는, 도 6A에 도시한 바와 같이 합성 석영으로 이루어지는 투명 기판(41) 위에 크롬 금속막과 산화 크롬막의 2층으로 이루어지는 차광막(51)이 피복되고, 다시 그 위에 레지스트층(61)이 도포된 것이다. 이 레지스트층(61)을 전자빔으로 패턴 노광하고, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하여, 레지스트 패턴(61a, 61b)을 형성한다. 여기에서, 레지스트 패턴(61b)에는 전술한 웨이퍼 상에의 전사 시뮬레이션으로부터 구한 양의 바이어스 보정이 가해져 있다. 이어서, 레지스트 패턴(61a, 61b)을 마스크로 해서 차광막(51)을 에칭하여, 도 6B에 도시하는 소정의 패턴을 형성한다(공정 S2). 이어서, 레지스트층(61)을 전용의 박리액으로 박리하여, 도 6C에 도시하는 투명 기판(41) 위에 차광막 패턴(51a, 51b)이 형성된다(공정 S3).

다음으로, 소정 막 두께의 레지스트층(62)을 피처리 기판에 도포하고, 이 레지스트층(62)을 전자빔에 의해 패턴 노광하고, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하여, 도 6D에 도시하는 소정의 레지스트 패턴(62a, 62b)을 형성한다(공정 S4). 여기에서, 레지스트 패턴(62b)은 뒤에 언더 컷 형성 처리를 하는 것을 예측하고, 양측에 언더 컷 량(UC)분만큼 넓혀서 형성한다.

다음으로, 레지스트 패턴(62a, 62b)을 마스크로 하여, 투명 기판(41)을 드라이에칭에 의해 에칭하여, 도 6E에 도시하는 굴착부(42)를 형성한다(공정 S5). 여기에서, 굴착부(42)의 깊이를 d, 언더 컷 량을 UC, 노광 파장을 λ, 투명 기판의 굴절률을 n으로 할 때, 하기 수학식 1의 관계를 충족시키도록 에칭 처리를 제어해 서 굴착부(42)를 형성한다.

다음으로, 레지스트 패턴(62a, 62b)을 마스크로 해서, 투명 기판(41)을 웨트 에칭으로 에칭하여, 도 6F에 도시한 바와 같이 언더 컷을 가지는 굴착부(43)를 형성한다(공정 S6).

다음으로, 레지스트층(62)을 전용의 박리액으로 박리하여, 도 6G에 도시한 바와 같이 투명 기판(41) 위에 차광막 패턴(52a 및 52b), 비시프터 개구부(44a) 및 시프터 개구부(44b)가 각각 형성된 레벤손형 위상 시프트 마스크(300)를 얻는다(공정 S7). 이 마스크(300)가 상기 타입 1의 마스크(1)에 상당한다. 마스크(300)(1)는, 시프터 개구부(44b) 사이에 양측으로부터 끼워진 패턴(52b)이 언더 컷을 가지지 않고, 또한 동일 패턴(52b)에 바이어스 보정(α)을 실시한 것이다.

또한, 타입 2의 마스크를 얻기 위해서는, 다음 처리를 다시 행한다. 우선, 마스크(300) 위에 레지스트층(63)을 도포 형성하고, 레지스트층(63)을 전자빔으로 패턴 노광, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하여, 레지스트 패턴(63a)을 형성하고, 레지스트 패턴(63a)을 마스크로 해서 차광막(52b)을 에칭에 의해 제거한다(공정 S8). 다음으로, 레지스트층(63)을 전용의 박리액으로 박리하여, 도 6I에 도시한 바와 같이 투명 기판(41)에 차광막 패턴(53a), 비시프터 개구부(45a) 및 시프터 개구부(45b)가 형성된 레벤손형 위상 시프트 마스크(400)를 얻는다(공정 S9). 이 마스크(400)가 타입 2의 레벤손형 위상 시프트 마스크(1A)에 해당한다.

(타입 2의 마스크의 다른 제조 방법)

다음으로, 도 7A 내지 도 7G을 참조하여, 도 2에 도시하는 타입 2의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 제조하기 위한 다른 방법에 관해 설명한다.

전술한 것과 동일한 블랭크 마스크(100)를 도 7A에 도시한 바와 같이 준비한다(공정 S21). 블랭크 마스크(100) 상의 레지스트층(61)을 전자빔으로 패턴 노광하고, 현상 등의 일련 패터닝 처리를 행하여, 레지스트 패턴(61a)을 형성한다. 이어서, 레지스트 패턴(61a)을 마스크로 해서 차광막(51)을 에칭하여, 도 7B에 도시하는 소정의 패턴을 형성한다(공정 S22). 이어서, 레지스트층(61)을 전용의 박리액으로 박리하여, 도 7C에 도시하는 투명 기판(41) 위에 차광막 패턴(51a)을 제작한다(공정 S23).

다음으로, 소정 막 두께의 레지스트층(62)을 피처리 기판에 도포하고, 이 레지스트층(62)을 전자빔에 의해 패턴 노광하고, 현상 등의 일련의 패터닝 처리를 행하여, 도 7D에 도시하는 소정의 레지스트 패턴(62a, 62b)을 형성한다(공정 S24). 여기에서, 레지스트 패턴(62b)에는 반도체 웨이퍼 상에의 전사 시뮬레이션으로부터 구한 양의 바이어스 보정(β)이 가해져 있다. 또한 레지스트 패턴(62b)은, 후공정에서 언더 컷 형성 처리되는 것을 예측하여, 양측에 언더 컷 량(UC)분만큼 넓혀서 형성한다.

다음으로, 레지스트 패턴(62a, 62b)을 마스크로 해서, 투명 기판(41)을 드라이 에칭에 의해 에칭하여, 도 7E에 도시하는 굴착부(42)를 형성한다(공정 S25). 굴착부(42)의 깊이(d)는, 상기 수학식 1에 따라 제어된다.

다음으로, 레지스트 패턴(62a, 62b)을 마스크로 해서, 투명 기판(41)을 웨트 에칭으로 에칭하여, 도 7F에 도시한 바와 같이 언더 컷을 가지는 굴착부(43)를 형성한다(공정 S26).

마지막으로, 레지스트층(62)을 전용의 박리액으로 박리하여, 도 7G에 도시한 바와 같이 투명 기판(41)에 차광막 패턴(52a), 비시프터 개구부(44a) 및 시프터 개구부(44b)가 형성된 타입 2의 레벤손형 위상 시프트 마스크(400)(1A)를 얻는다(공정 S27).

본 발명은, LSI등의 반도체 소자의 제조에 이용하는 레벤손형 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시하는 타입은 어느 것이나 음각형의 레벤손형 위상 시프트 마스크에 적용할 수 있다. 또한, 도 1과 도 2에 도시하는 타입은 상부 배치형의 레벤손형 위상 시프트 마스크에도 적용하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 시프터 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 패턴(23a, 23c, 23d) 또는 비시프터 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 패턴(23e)을 소정량만큼 양측으로 넓히는 바이어스 보정(α, β, γ)을 각각 행함으로써, 도 4에 도시하는 바와 같이 끼워진 영역의 상대적 노광 강도가 특성선 B(파선)로부터 특성선 A(실선)와 같이 개선되어, (양 옆 개구부의 위상차가 반전되어 있지 않기 때문에 해상하기 어려운) 끼워진 부분(23c, 23d, 23e)의 레지스트 CD(23f)의 해상성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 시프터 개구부(21c, 22c) 사이에 양측으로부터 끼워진 부분(23c)의 패턴이 언더 컷을 가지고 있지 않기 때문에, 이 부분의 차광막(52b)이 박리되는 경우는 없다. 즉, 시프터 개구부에의 언더 컷 형성 시, 시프터 개구부끼리 끼워진 차광막 박리 결함을 저감할 수 있음과 함께, 차광막 박리에 제약되는 일 없이 보다 자유롭게 언더 컷 량을 적당하게 선택할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 시프터 개구부(21d, 22d) 사이에 양측으로부터 끼워진 부분의 패턴(23d)이 차광막을 가지고 있지 않기 때문에, 차광막 박리 자체가 일어나지 않는다. 즉, 언더 컷 형성시의 차광막 박리 결함을 저감할 수 있음과 함께, 차광막 박리에 제약되는 일 없이 보다 자유롭게 언더 컷 량을 적당하게 선택할 수 있다. 또한 이 부분(23d)을 통과하는 투과광의 위상차는 0°로 되고, 양측의 개구부(21d, 22d)를 통과하는 투과광의 위상차 180°로 위상이 반전되어 있기 때문에, 해상성의 점에서 우수하다.

이하, 본 발명의 여러 가지 실시예를 설명한다.

(실시예 1)

본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 이용해서 웨이퍼 위에 레지스트 패턴을 형성한 실시예 1에 관해 설명한다. 도 1에 도시하는 타입 1의 마스크(1)를 전술한 제조 방법에 의해 제작했다. 이때, 제작한 마스크의 차광막 패턴의 박리에 의한 결함은 발생하지 않았다.

하기의 사이즈를 가지는 타입 1의 마스크(1)를 얻었다.

투명 기판의 두께:6350㎛

피치:760㎚

굴착 폭 L1:531㎚

차광부의 폭 L2:398㎚

언더 컷 길이 L3:100㎚

굴착 깊이 L4:172㎚

마스크의 설계 선 폭:260㎚

계속해서, 실리콘 기판 상에, 반사방지막, 레지스트를 도포하고, 노광 장치를 이용해서 레지스트의 노광을 행하였다. 노광 조건은 이하와 같이 했다.

노광 파장:193㎚(ArF 엑시머 레이저)

NA:0.78

σ:0.4

노광 배율:4배

바이어스 보정량 α:69㎚

이 후, 현상을 행하고, 레지스트 패턴을 형성했다.

이 레지스트 패턴은 도 4의 특성선 A에 도시한 바와 같이 동일 종류(π-π위상 시프트)의 개구부 사이에 끼워진 패턴의 해상성이 향상하고, 정밀도도 양호한 것이었다.

(실시예 2)

본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 이용해서 웨이퍼 위에 레지스트 패턴을 형성한 예를 나타낸다. 도 2에 도시하는 타입 2의 마스크(1A)를 전술한 제 조 방법에 의해 제작했다. 이때, 제작한 마스크의 차광막 패턴의 박리에 의한 결함은 발생하지 않았다.

하기의 사이즈를 가지는 타입 2의 마스크(1A)를 얻었다.

투명 기판의 두께:6350㎛

피치:760㎚

굴착 폭 L1:569㎚

차광부의 폭 L2:322㎚

언더 컷 길이 L3:100㎚

굴착 깊이 L4:172㎚

마스크의 설계 선 폭:260㎚

계속해서, 실리콘 기판 상에, 반사방지막, 레지스트를 도포하고, 노광 장치를 이용해서 레지스트의 노광을 행하였다. 노광 조건은 이하와 같이 했다.

노광 파장:193㎚(ArF 엑시머 레이저)

NA:0.78

σ:0.4

노광 배율:4배

바이어스 보정량β:31㎚

이 후, 현상을 행하고, 레지스트 패턴을 형성했다.

이 레지스트 패턴은 도 4의 특성선 A에 도시한 바와 같이 동일 종류(π-π위상 시프트)의 개구부 사이에 끼워진 패턴의 해상성이 향상하고, 정밀도도 양호한 것이었다.

(실시예 3)

본 발명의 레벤손형 위상 시프트 마스크를 이용해서 웨이퍼 위에 레지스트 패턴을 형성한 예를 나타낸다. 도 3에 도시하는 타입 3의 마스크(1B)을 통상적인 방법의 포토리소그래피 프로세스(예를 들면 특허 문헌 1에 기재된 방법)를 이용해서 제작했다. 이때, 제작한 마스크의 차광막 패턴의 박리에 의한 결함은 발생하지 않았다.

하기의 사이즈를 가지는 타입 3의 마스크(1B)을 얻었다.

투명 기판의 두께:6350㎛

피치:760㎚

차광부의 폭 L2:286㎚

언더 컷 길이 L3:100㎚

굴착 깊이 L4:172㎚

마스크의 설계 선 폭:260㎚

계속해서, 실리콘 기판 상에, 반사방지막, 레지스트를 도포하고, 노광 장치를 이용해서 레지스트의 노광을 행했다. 노광 조건은 이하와 같이 했다.

노광 파장:193㎚(ArF 엑시머 레이저)

NA:0.78

σ:0.4

노광 배율:4배

바이어스 보정량 γ:13㎚

이 후, 현상을 행하고, 레지스트 패턴을 형성했다.

이 레지스트 패턴은 도 4의 특성선 A에 도시한 바와 같이 동일 종류 (π-π위상 시프트)의 개구부 사이에 끼워진 패턴의 해상성이 향상하고, 정밀도도 양호한 것이었다.

Claims (8)

1. 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복하여 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크로서,

   인접하는 동일 종류의 시프터 개구부의 사이에 배치된 제1 차광부 패턴과, 시프터 개구부와 비시프터 개구부 사이에 배치된 제2 차광부 패턴을 갖고,

   상기 제1 차광부 패턴은, 마스크의 설계 디자인으로 정해진 소정의 설계 선폭에 대하여 소정량 만큼 양측으로 넓히는 바이어스 보정이 실시되고, 또한 상기 시프터 개구부측에 언더컷을 갖지 않고,

   상기 제2 차광부 패턴은, 상기 시프터 개구부측에 언더컷을 갖는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크.
2. 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 상기 개구부의 투명 기판을 부분적으로 굴착하거나 또는 상기 개구부의 투명 기판 상에 차광막을 부분적으로 위에 두어서 형성된 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복하여 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크로서,

   인접하는 동일 종류의 시프터 개구부의 사이에 배치된 제1 차광부 패턴과, 시프터 개구부와 비시프터 개구부 사이에 배치된 제2 차광부 패턴을 갖고,

   상기 제1 차광부 패턴은, 마스크의 설계 디자인으로 정해진 소정의 설계 선폭에 대하여 소정량 만큼 양측으로 넓히는 바이어스 보정이 실시되고, 또한 차광막을 갖지 않고,

   상기 제2 차광부 패턴은, 시프터 개구부측에 언더컷을 갖는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크.
3. 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복하여 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,

   투명 기판 상에 형성된 차광막을 패턴 에칭하여, 인접하는 동일 종류의 시프터 개구부의 사이의 영역에 바이어스 보정을 실시한 차광막 패턴을 형성하고,

   상기 차광막 패턴 상에 상기 차광막 패턴보다도 양측으로 언더컷 량 분만큼 넓어진 레지스트 패턴을 형성하고,

   상기 레지스트 패턴을 마스크로 해서 에칭에 의해 상기 투명 기판을 굴착하고, 상기 레지스트 패턴에 대하여 언더컷을 형성하고, 상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거하고, 차광막을 갖지 않는 차광부 패턴을 인접하는 동일 종류의 시프터 개구부의 사이에 형성하는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거한 후에, 인접하는 동일 종류의 시프터 개구부의 사이의 상기 차광부 패턴을 제외하고 상기 차광막 패턴을 피복하는 레지스트 패턴을 더 형성하고, 상기 차광부 패턴의 차광막을 에칭에 의해 제거하고, 상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
5. 차광막을 패턴 성막해서 투명 기판 상에 형성된 차광부와 개구부를 갖고, 시프터 개구부와 비시프터 개구부가 반복하여 존재하고, 상기 시프터 개구부에 의해 투과광의 위상을 반전시키는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법으로서,

   투명 기판 상에 형성된 차광막을 패턴 에칭하여, 인접하는 동일 종류의 시프터 개구부의 사이의 영역으로부터 차광막을 제거하고,

   상기 차광막 제거 영역 상에 바이어스 보정을 실시해서 양측으로 언더컷 량 분만큼 넓어진 레지스트 패턴을 형성하고,

   상기 레지스트 패턴을 마스크로 해서 에칭에 의해 상기 투명 기판을 굴착하고, 상기 레지스트 패턴에 대하여 언더컷을 형성하고, 상기 레지스트 패턴의 레지스트를 제거하고, 차광막을 갖지 않는 차광부 패턴을 인접하는 동일 종류의 시프터 개구부의 사이에 형성하는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   인접하는 시프터 개구부에 양측으로부터 끼워져 있거나, 또는 인접하는 비시프터 개구부에 양측으로부터 끼워지는 차광부 패턴의 소정의 노광 조건에서의 전사 치수를 바이어스 보정량의 함수로서 나타내고, 상기 차광부 패턴이 원하는 전사 치수로 얻어지도록 바이어스 보정량을 결정하는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 바이어스 보정량을 결정하는 처리는, 반도체 웨이퍼 상에의 전사 시뮬레이션에 의한 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,

   포토마스크 상의 크롬 CD대로 레지스트의 전사 치수가 얻어지는 쓰레스홀드를 결정하거나, 또는, 특정한 패턴이 원하는 레지스트 CD로 해상하는 쓰레스홀드를 결정하고,

   동일 위상의 개구부가 인접하는 패턴 구조에 있어서 바이어스 보정량을 변화시켰을 때의, 동일 종류의 개구부 사이에 양측으로부터 끼워진 패턴의 상기 쓰레스홀드에서의 레지스트의 전사 치수를 구하고,

   상기 레지스트 전사 치수가 원하는 쓰레스홀드 레벨값으로 얻어지도록 바이어스 보정량을 마스크 타입마다 결정하는 것을 특징으로 하는 레벤손형 위상 시프트 마스크의 제조 방법.

Images