KR19980023924A

KR19980023924A - 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR19980023924A
Application number: KR1019970001650A
Authority: KR
Inventors: 슈지 나까오
Original assignee: 기따오까 다까시; 미쯔비시 덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 1998-07-06
Also published as: US5994001A; KR100243713B1

Abstract

반도체 제조에 이용되는 위상 쉬프트 마스크를 적은 공정으로 효율적으로 제조한다.

반도체 제조를 위해, 암선 패턴을 발생하는 위상 쉬프트 마스크를 제조하기 위해 석영기판의 위상 쉬프트를 발생하지 않은 영역과 위상 쉬프트를 발생하는 영역간의 경계영역의 일부에, 암선 형성용의 차광성 박막 패턴을 형성한다. 또, 차광성 박막 패턴을 형성하지 않는 경계부에서, 다른 에칭 마스크 패턴으로 에칭양이 다른 n회의 에칭을 실시함으로서, 에칭 깊이가 2의 n승의 종류로 단계적으로 변화하는 천이부를 형성한다.

Description

위상 쉬프트 마스크 및 그 제조 방법

본 발명은 반도체 집적회로의 제조에서, 미세 회로 패턴을 전사하는 광리소그래피에 의한 패턴 형성의 원판으로서 사용되는 포토마스크의 일종인 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 집적회로는 그 기능, 성능의 향상을 위해, 고집적화가 추진되고 있다.

상기 고집적화는 패턴을 미세화함으로서 동일 회로를 보다 적은 면적에 형성함으로서 달성되고 있다. 즉, 패턴의 미세화가 반도체 산업을 떠받쳐오고 있다고 생각해도 좋다.

미세 패턴의 형성에는 패턴의 원판인 포토마스크를 등배로, 혹은 축소하여 집적회로 형성과정에 있는 반도체 기판에 전사하는, 포토리소그래피 기술로서 행해져 왔다. 포토리소그래피에 있어서의 패턴의 해상 치수 L은 일반적으로 L=k1×λ/NA로 표현되는 것이 알려지고 있다. 여기서, λ는 노광파장, NA는 투영 광학계의 개구수, k1은 공정에 의해 결정되는 정수로 통상 0.5정도의 값을 취하고 있다. 즉, 미세한 패턴의 형성에는 노광파장 λ를 작게 하는 것, 및 개구수 NA를 크게 하는 것이 유효하다.

이와 같이, 보다 미세한 패턴을 포토리소그래피 기술로 형성하기 위해, 노광 파장의 단파장화가 추진되어, 현재에서는 248nm 파장의 KrF 엑시머 레이저를 광원으로 한 리소그래피 기술이 실용화되고 있다. 한편, 전사에 있어서의 초점 심도 DOF는 일반적으로 DOF=k2×λ/NA²로 표현되는 것으로 알려지고 있고, 단파장화와 함께 초점 심도 DOF가 작아지고 있다. 이상과 같이, 단파장화에 의한 해상성의 향상에 덧붙여, 더욱 해상성을 개선하고 초점 심도 DOF를 개선하는 것이 포토리소그래피 기술에 요구되고 있다.

상기 포토리소그래피 기술의 성능 향상을 위한 수단으로서, 이를 테면 초해상 기술이 유망시되고 있고, 변형 조명기술, 위상 쉬프트 노광기술이 그 대표적인 것이다. 그중에서도 소위 레벤손 위상 쉬프트 마스크(the Levenson phase shift mask)에 의한 노광 기술은 해상성, 및 초점 심도 DOF의 대폭적인 개선이 가능하고, 가장 유망한 것으로 간주되고 있다. 레벤손 위상 쉬프트 마스크는 인접하는 노광막 개구의 투광성의 위상을 상호 반위상이 되도록 변조를 가하도록 하는 포토마스크이다.

상기 레벤손 위상 쉬프트 마스크에 의한 노광에 있어서의 특성의 개선을 도면을 참조하여 설명한다. 우선, 종래의 마스크에 의한 전사에 있어서의 상을 형성하는 것에 대해 설명한다. 도19는 종래의 포토마스크에 의해 조명광이 변조되는 모양을 도시하는 것이다. 도19의 (a)는 종래의 포토마스크(200)의 단면 구조를 도시하고, 201은 차광막 패턴, 202는 차광막 개구 패턴을 도시한다. 도19의 (b)는 차광막 직후의 전계 진폭을 도시한다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이 포토마스크중 하나의 차광막 개구 직후의 전계는 개구에 의해 변조된 것으로 된다. 또 인접하는 개구에 의해서도 전계는 동일하게 변조된다.

도20은 도19의 포토마스크의 전사 패턴이 형성되는, 반도체 웨이퍼상에서의 투영상의 전계를 도시하는 것이다. 도20에서 (a)는 웨이퍼상의 전계 진폭을 도시하고, 204는 각각의 개구에 의한 전계, 205는 합성 전계를 도시한다. 도20의 (b)는 웨이퍼상의 전계 강도를 도시한다. 결상계의 개구수 NA는 1미만이기 때문에 포토마스크 직후의 변조 정보의 내, 진공간에 미세하게 변하는 성분이 제거되어, 완만한 변동을 갖는 전계가 형성된다. 인접하는 개구에 의해 변조된 전계도 동일하게 완만한 변동을 갖게 된다. 그 결과, 형성된 전계는 인접하는 개구간에서도 상당한 강도를 갖게 되어 2개의 개구는 분리되지 않게 된다.

도21은 레벤손 위상 쉬프트 마스크에 의해 조명광이 변조를 받는 모습을 도시하고 있다. 도21의 (a)는 레벤손 위상 쉬프트 마스크(300)의 단면 구조를 도시하고, 301은 차광막 패턴, 302는 위상 쉬프트 가공을 하지 않은 차광막 개구 패턴, 303은 위상 쉬프트 가공을 한 차광막 개구 패턴을 도시한다. 도21의 (b)는 차광막 직후의 전계 진폭을 도시한다. 이들 도면에 도시하는 바와 같이, 하나의 차광막 개구에 의한 전계의 변조는, 종래의 마스크에 의한 것과 동일하지만, 인접하는 개구에 의해 변조된 전계는 레벤손 위상 쉬피트 마스크의 작용에 의해 위상이 반전한 것으로 된다.

도22는 도21의 레벤손 위상 쉬프트 마스크에 의해 전사 패턴이 형성되는, 반도체 웨이퍼위에서의 레벤손 위상 쉬프트 마스크의 투영상의 전계를 도시하는 것이다. 도22의 (a)는 웨이퍼상의 전계 진폭을 도시하고, 304는 각 개구에 의한 전계, 305는 합성 전계를 도시한다. 하나 하나의 차광막 개구의 상은 종래와 동일한 개구수 NA의 광학계로 형성되기 때문에, 종래의 마스크의 것과 동일하게 완만한 변동을 갖는 것으로 된다. 그러나, 종래의 마스크의 것과는 달리 인접한 개구의 위상이 반전하여 있고, 개구간의 전계는 상호 제거하여, 두개의 개구는 분리되어 형성된다. 즉, 종래의 마스크에 의한 결상(結像)과 비교하여 고해상의 결상이 가능하게 된다.

이상에 도시한 바와 같이, 레벤손 위상 쉬프트 마스크에 의한 노광은, 해상성의 향상이 가능하지만, 통상의 레벤손 위상 쉬프트 마스크는 차광막의 개구에 대해 0°혹은 180°두 종류의 위상중 어느 하나를 제공하는 형태로 구성되기 때문에 이하에 도시하는 결점을 갖고 있다. 즉, 미세 암선(暗線)을 포함하는 암 패턴을 형성하는 경우, 이 암(暗) 패턴은 반드시 환형으로 형성되고, 열린 선으로서의 형성은 불가능하다. 다른 말로 표현하면, 암 패턴은 반드시 한개 또는 복수의 단연결명 영역을 그 내부에 포함하는 다중연결 영역으로서만 형성한다는 것이 가능하다.

이것을 도면을 참조하여 설명한다. 도23 내지 도26은 석영기판을 에칭함으로서 위상 쉬프터를 형성한, 종래의 2종류의 위상을 갖는, 레벤손 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 도면으로, 도27 내지 도29는 상기 레벤손 위상 쉬프트 마스크에 의한 미세 암선 패턴의 형성을 도시하는 도면이다. 도23은 종래의 위상 쉬프트 마스크(400)의 사시도, 도24는 위상 쉬프트 마스크(400)의 평면도이다. 도25는 도24에 도시한 A-A선에 있어서의 위상 쉬프트 마스크의 단면도이다. 도26는 도24에 도시한 B-B선에 있어서의 위상 쉬프트 마스크의 단면도이다.

미세 암선 패턴의 형성에서는 석영기판(401)에 형성된 암선을 형성하기 위한 차광막 패턴(405)은, 투광성 위상이 상호 반위상으로 되는 2개의 차광막 개구 패턴(402, 403)에 의해 좁아지는 모양으로 형성되는 것이 상기한 원리에 의해 필요하게 된다. 이때, 상기의 암선이 마스크가 형성된 전계 영역을 규정하는 경계상의 2점을 연결하지 않는 한, 즉, 마스크의 단에서 단을 연결하는 선이 없는 한, 상기 2개의 차광막 개구 패턴(402, 403)의 적어도 한쪽은 닫힌 도형인 것이 필요하다. 도23 내지 도26의 쉬프트 가공을 실시한 차광막 개구부(403)는 상기 닫힌 도형으로서 형성된다. 또, 도23에서 쉬프트 가공을 실시하지 않은 차광막 개구부(402)는 쉬프트 가공이 실시된 차광막 개구부(403)를 둘러싸는 모양으로 형성된다. 필요로 하는 암선에 대응하는 차광막 패턴(405)는 2종의 차광막 개구 패턴(402,403) 사이에 형성된다.

도27, 도28은 이와 같은 위상 쉬프트 마스크에 수직으로 조명광을 쬔 때의 투과 모양을 도시한다. 도27의 (a)는 위상 쉬피트 마스크의 암선 형성용의 차광막(405) 부분의 단면을 도시하지만, 이 단면을 통과하 광의 강도는 도27의 (b)에 도시하는 바와 같이 차광막(405)에 의한 암선부를 만든다. 도28의 (a)는 위상 쉬프트 마스크의 위상 쉬프트 영역의 경계부분의 단면을 도시하지만, 상기 단면을 통과한 광의 강도는 도28의 (b)에 도시하는 바와 같이 암선부를 만들고 만다.

상기 위상 쉬프트 마스크(400)에 의해 웨이퍼상의 포지티브 레지스트(positive resist)에 형성된 레지스트 패턴을 도시한 것이 도29이다. 차광막 패턴(405)에 대응하는 부분은 차광막 패턴에 의해 암선상이 형성되고, 포지티브 레지스트는 현상에 의해 용해하지 않기 때문에, 레지스트 패턴(406)이 형성된다. 필요로 하는 패턴은 상기 406이지만, 차광막 패턴(405)이 존재하지 않는, 차광막 개구 패턴(402)과 차광막 개구 패턴(403)의 경계부에서도, 경계를 좁혀 투과광의 위상이 반전하여 있기 때문에, 원리적으로 암면상이 형성되어, 웨이퍼에서는 레지스트 패턴(407)이 형성된다. 즉, 열린 선 모양의 패턴은 형성되지 않고 불필요한 패턴(407)을 포함한 닫힌 패턴이 형성되어 버린다.

이 때문에, 일반적으로 열린 선의 형성을 행하는 것이 필요한 배선 패턴의 형성에는 포지티브 레지스트를 사용하는 것이 불가능하고, 일반적으로는 해상성이 포지티브 레지스트와 비교하여 떨어지는, 네가티브 레지스트에 의한 것이 필요하므로, 충분한 해상성이 얻어지지 않는다고 하는 불합리가 있었다.

이와 같은 종래기술의 결점을 보완하는 방법으로서, 하나의 차광막 개구의 내부에, 투과성의 위상을 실질적으로 연속적으로 변화시킴으로서, 선 모양의 차광막 패턴을 좁힌 양측의 차광막 개구부의 투과광의 위상차가 180°이고, 또 상기 선 모양의 차광막 패턴을 둘러싸는 모든 영역이 밝은 영역이 되게 하는 방법이 제안되어 있다. (이 방법의 일례가 Proc. SPIE 2440 p515에 기재되어 있다.) 이 예에서는 하나의 차광막 개구의 내부에서, 투과광의 위상을 실질적으로 연속적으로 변화시키기 때문에, 0°, 45°, 90°, 135°, 180°의 5계조의 위상차를 갖는 부분을 동일한 차광막 개구부내에 계단 모양으로 형성하기 때문에, 0°부와 180°부의 인접에 의한 암선상의 발생을 회피하고 있다. 그러나, 본 예에서는 실질 연속 위상 변화부를 형성하기 때문에 레지스트 패턴 형성 공정과 에칭 공정을 각각 4회씩 행하고, 이와같은 방법에서는 n+1 위상 계조를 갖는 마스크를 제작하기 위해서는 각각 n회의 레지스트 패턴 형성공정과 에칭공정이 필요하고, 많은 묘화, 에칭공정을 필요로 하여 생산 비용이 높아 짐과 동시에, 수율도 낮아진다고 하는 결점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 결점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 위상이 실질 연속적으로 변화하도록 한 다위상 계조의 위상 쉬프트 마스크를 종래와 비교하여 비약적으로 적은 레지스트 패터닝 및 에칭 횟수로 실현하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법과, 이 제조 방법에 의해 제조한 다위상 계조의 위상 쉬프트 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은, 광투과성 기판의 위상 쉬프트를 발생하지 않는 비위상 쉬프트 영역과 위상 쉬프트를 발생하는 위상 쉬프트 영역의 경계부위 소정부분에 차광성 박막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 차광성 박막 패턴이 형성되지 않은 상기 경계부에, 개구부와 비개구부를 갖는 다른 에칭 마스크 패턴으로 에칭량이 다른 n회(n는 2를 초과하는 일정한 정수)의 에칭을 실시함으로서 에칭 깊이가 2의 n승 종류로 단계적으로 변화하는 천이부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은, 광투과성 기판에 형성된 차광성 박막을 패터닝하여 상기 차광성 박막 패턴을 형성한 후, 상기 위상 쉬프트 영역과 상기 천이부를 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 위상 쉬프트 영역과 상기 천이부를 형성한 후, 상기 차광막 패턴을 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 에칭 마스크를 차광성 및 도전성을 갖는 재료를 이용하여 형성하고, 전자빔 레지스트를 도포하여 전자빔 노광하여 패터닝하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 광투과성 기판의 에칭을 습식 에칭으로 행하고, 상기 에칭 마스크를 상기 습식 에칭에 사용하는 약액(藥液)에 대한 내식성을 갖는 재료로 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 습식 에칭에 있어서의 에칭 마스크를 인 혹은 붕소를 도프한 비정질실리콘 박막으로 형성하고, 상기 습식 에칭에 적어도 불화수소를 함유한 약액을 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 에칭 마스크 패턴을 광투과성 기판의 건식 에칭에 대한 레지스트로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 n회 에칭의 임의 회째 에칭의 에칭양이, m를 n이하의 자연수로 하여, 단위양의 2의(m-1)승의 어느 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 n회 에칭의 m회째 에칭의 에칭양이, m를 n이하의 자연수로 하여, 단위양의 2의 (m-1)승인 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 n회 에칭의 임의 회수째 에칭의 에칭 마스크의 마스크 패턴이, 긴 직사각형을 가지며, 상기 긴 직사각형의 작은 쪽의 폭이 m를 n이하의 자연수로 하여, 단위폭의 2의 (m-1)승의 어느 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 상기 n회 에칭의 m회째 에칭의 에칭 마스크의 마스크 패턴이, 긴 직사각형을 가지며, 상기 긴 직사각형의 작은 쪽의 폭이 m를 n이하의 자연수로 하여, 단위폭의 2의 (m-1)승인 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 위상 쉬프트 마스크는 상기 각각의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법으로 제조한 것을 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한, 실시형태 1의 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 사시도.

도2는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한, 실시형태 1의 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 평면도.

도3은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한, 실시형태 1의 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 도면.

도4는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한, 실시형태 1의 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 단면도.

도5는 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한, 실시형태 1의 위상 쉬프트 마스크의 동작을 설명하기 위한 도면.

도6은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한, 실시형태 1의 위상 쉬프트 마스크 동작을 설명하기 위한 도면.

도7은 본 발명의 제조 방법에 의해 제조한, 실시형태 1의 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 도면.

도8은 본 발명의 실시형태 2에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도9는 본 발명의 실시형태 2에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도10은 본 발명의 실시형태 2에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도11은 본 발명의 실시형태 2에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도12은 본 발명의 실시형태 3에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도13은 본 발명의 실시형태 3에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도14은 본 발명의 실시형태 3에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도15은 본 발명의 실시형태 3에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도16은 본 발명의 실시형태 3에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 도시하는 도면.

도17은 본 발명의 실시형태 4에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 설명하기 위한 도면으로, 에칭 마스크의 배치를 도시하는 평면도.

도18은 본 발명의 실시형태 4에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조공정을 설명하기 위한 도면으로, 에칭 마스크의 배치를 도시하는 단면도./

제19도는 종래의 위상 쉬프트 마스크의 구조와 작용을 설명하기 위한 도면.

도20은 종래의 위상 쉬프트 마스크의 작용을 설명하기 위한 도면.

도21은 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크(the Levenson phase shift mask)의 구조와 작용을 설명하기 위한 도면.

도22는 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크의 작용을 설명하기 위한 도면.

도23은 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 사시도.

도24는 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 평면도.

도25는 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 단면도.

도26은 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 단면도.

도27은 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크의 동작을 설명하기 위한 도면.

도28은 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크의 동작을 설명하기 위한 도면.

도29는 종래의 레벤손 위상 쉬프트 마스크의 동작을 설명하기 위한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 광투과성 기판(석영기판)

2: 비위상 쉬프트 영역(기준면)

3: 위상 쉬프트 영역

4: 천이 영역

5: 차광막 패턴

8: 에칭 마스크

9: 레지스트

[실시형태 1]

도1 내지 도6은 본 발명의 일시형태로서 본 발명에 의해 제조한 위상 쉬프트 마스크를 설명하기 위한 도면이다. 도1은 본 발명에 의해 제조한 위상 쉬프트 마스크(100)의 사시도, 도2는 그 평면도, 도3은 그 단면도를 도시하고, 도3의 (a)는 도2의 A-A선을 따른 단면도, 도3의 (b)는 도2의 B-B선을 따른 단면도이다. 도4 및 도5는 이 위상 쉬프트 마스크의 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도6은 이 위상 쉬프트 마스크이 변형예를 도시하는 도면이다.

도1 내지 도3에서, 1은 위상 쉬프트 마스크(100)의 기판으로서의 석영판, 2는 수직인 투과광에 대해 위상 쉬프트의 기준이 되는 면이고, 이 면을 위상 쉬프트가 만들어지지 않는 면으로 한다. 이것은 차과암으로 덮여 있지 않고, 차광막을 개구하고 있는 영역이다. 3은 위상 쉬프트 면 혹은 위상 쉬프트 영역이고, 본 영역의 투과광이 기준면(2)의 투과광에 대해 위상 쉬프트를 만들도록, 오목부로 형성되어 있고, 기판(1)의 수직 방향의 두께, 즉 투과광의 투과방향으로의 두께가 이 영역에서는 얇게 형성되어 있다. 이 영역도 차광막은 형성되어 있지 않고, 차광막을 개구하고 있는 영역이다. 4는 위상 쉬프트가 생기지 않는 기준면과 2위상 쉬프트를 만드는 위상 쉬프트 면(3) 사이의 천이 영역이고, 기준면(2)에서 위상 쉬프트 면(3)으로 그 두께가 계단모양으로 변화하도록 형성되어 있다. 5는 위상 쉬프트가 만들어지지 않는 기준면(비위상 쉬프트 영역)(2)과 위상 쉬프트 영역을 만드는 위상 쉬프트 면(위상 쉬프트 영역)(3)간의 경계에 형성된 차광막 패턴이다. 이 차광막 패턴(5)은 예를 들면 크롬(Cr)막으로 형성된다. 차광막 패턴(5)의 형상은 본 예에서는 미세한 암선을 형성하기 위한 선 패턴이다.

이와 같이, 미세 암선 패턴의 형성에서는 암선을 형성하기 위한 차광막 패턴(5)은 투과성의 위상이 상호 반위상으로 되는 2개의 차광막 개구 패턴(2,3)보다 좁은 모양으로 형성된다. 쉬프터 가공이 실시된 차광막 개구부(3)는 닫힌 도형으로 형성된다. 또, 쉬프터 가공이 실시되지 않은 차광막 개구부(2)는 쉬프터 가공이 실시된 차광막 개구부(3)를 둘러싸는 모양으로 형성된다. 필요로 하는 암선에 대응하는 차광막 패턴(5)은 2종류의 차광막 개구 패턴(2,3)사이에 형성된다.

이와 같이, 기준면(2)과 위상 쉬프트 면(3) 간의 투과광의 위상 쉬프트는 역위상, 즉 180°를 이루도록 형성된다. 이것은 투과광의 파장에 따라 설정되지만, 예를 들면, i선(365nm)을 이용하는 경우는 위상 쉬프트 면(3)은 약 4,325Å의 깊이로 형성된다.

차광 마스크(5)는 예를 들면 이 마스크에 의해 1㎛이하 레벨의 암선을 형성하도록 한 경우는 그 폭은 1㎛정도로 형성된다. 기준면(2)과 위상 쉬프트 면(3) 사이의 천이 영역은 양측의 투과광이 간섭하지 않는 정도로 그 폭이 한정되지만, 통상 차광 마스크(5)와 같은 정도의 폭이 좋다.

도4 및 도5는 이와 같은 위상 쉬프트 마스크에 수직으로 조명을 쬔 때의 투과 모양을 도시한다. 도4의 (a)는 위상 쉬프트 마스크의 암선 형성용의 투과막(5)부분의 단면을 도시하지만, 이 단면을 통과한 광의 강도는 도4의 (b)에 도시하는 바와 같이 차광막(5)에 의한 암선부를 만든다. 도5의 (a)는 위상 쉬프트 마스크의 천이 영역 부분의 단면을 도시하지만, 이 단면을 통과한 광의 강도는 도5의 (b)에 도시하는 바와 같이 암선부를 만들지 않는다.

도6은 도1 내지 도3에 도시한 위상 쉬프트 마스크(100)에 의한 투과광의 패턴이다. 차광 마스크(5)에 의한 암선(6)만이 형성되지 있다. 파선(7)은 종래의 위상 쉬프트 마스크로 형성된 불필요한 암선의 위치를 도시하지만, 본 발명의 위상 쉬프트 마스크에서는 이것은 형성되지 않는다.

도7은 차광막(5)의 변형예를 도시한다. 이것은 기준면(2)과 위상 쉬프트 면(3)의 경계의 전 둘레에 천이부(4)를 형성한 후, 그 일부에 차광막(5)을 형성한 것이다. 차광이라고 하는 기능상 차광막(5)의 필요한 평면 형상이 유지되지만, 이와 같이 혹은 다른 형상으로 변형되어도 좋다.

[실시형태 2]

도8 내지 도12에 본 발명의 다른 실시형태로서, i선 노광용 위상 쉬프트 마스크의 제조 공정을 도시한다. 우선, 도8에 도시하는 바와 같이, 석영기판(1)위에 차광막으로서 도전성을 갖는 크롬(Cr) 막(8)이 형성되고, 그 위에 전자빔(EB) 레지스트 막(9)이 형성된 포토마스크 블랭크(10)를 준비한다. 다음에, 도9를 참조하면, 도8의 포토마스크 블랭크(10)에 대해 전자빔 묘화 기술에 의해 Cr막(8)이 에칭 제거되는 영역 A에 대응한 EB 레지스트 막(9) 부분을 제거하도록 EB 레지스트(9)를 패터닝한다. 다음에, 이 EB 레지스트 패턴(9)을 마스크로 하여 Cr막(8)을 에칭하고, 후에 레지스트(9)를 박리하고, Cr막(8)의 패턴을 검사, 수정한다.

이와 같이 형성한 도9의 중간 마스크에 대해, 다음에 도10을 참조하면, EB레지스트(9)를 전면에 도포하고, 1회째의 석영기판 에칭에 의해 에칭될 영역 B에 대응한 레지스트(9)의 부분을 제거하도록 EB 묘화를 행하는, CHF₃/CO/Ar 가스에 의한 반응성 이온 에칭(RIE)으로서, 석영기판(1)을 270Å 건식 에칭하고, 그후 레이스트(9)를 박리한다.

도10에 도시한 중간 마스크체에 대해, 다음에 도11을 참조하면, 그 전면에 레지스트(9)를 도포하고, 2회째의 석영기판 에칭으로 제거할 영역 C에 대응한 EB 묘화를 행하여 마스크 패턴(9)를 형성하고, 석영기판(1)을 540Å 에칭한다. 또, 3회째의 석영기판 에칭으로서, 동일한 공정을 행하는, 석영기판(1)을 1,081Å 에칭한다. 또, 4회째의 석영기판 에칭으로 동일한 공정을 행하고, 석영기판(1)을 2,163Å 에칭을 행한다.(투과성의 파장에 아울러, 에칭의 최대량을 4325Å로 하기 위해 에칭양을 적게 조사하고 있다.)

예를 들면, 4회 에칭 모두에 의해 에칭이 행해진 부분은 약 4,325Å의 에칭이 행해지고, 에칭이 행해지지 않은 Cr 개구의 투과광에 대해, i선(365mm)에서 180°위상차가 있는 쉬프터로서 역할을 한다.

이와 같이 4회의 레지스트 패턴을 하고, 석영기판(1)의 에칭을 행함으로서, 에칭되지 않은 부분도 포함하여, 천이부(4)가 16계조(즉, 2의 4승)의 위상 계조를 갖는 위상 쉬프트 마스크를 형성하는 것이 가능하다. 도12는 이와 같이 하여 형성된 위상 쉬프트 마스크의 단면을 도시한다. 비위상 쉬프트 영역(2)과 위상 쉬프트 영역(3) 사이의 천이부(4)로 하여, 광투과 방향에서의 광경로 길이를, 광투과 방향과 직교하는 면내에서 다단으로 변조하도록 동작하는 위상 마스크가 제조되어 있다. 또, 이 제조 방법에 따르면, 상기 제조 방법에 의해 제작한 때의 특징이 되는 다단구조를 갖는 위상 쉬프트 마스크(100)가 얻어진다.

이상 설명한 본 실시형태의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 다음과 같이 종합할 수 있다. 즉, 광투과성 기판과 이 광투과성 기판의 한 주면상에 형성된 차광박막을 구비한 포토마스크 블랭크를 재료로 하여 준비한다. 다음에, 이 차광박막을 에칭하여 필요한 차광막 패턴을 형성한다. 다음에, 차광박막에 형성된 개구부(차광박막이 제거된 영역)의 소정 영역(위상 쉬프트 영역)에 위치하는 광투과성 기판을 에칭으로 가공하는 공정을, 적어도 2회 이상인 n회 행한다. 이 n회의 에칭공정에 있어서의 각 회의 에칭 마스크 패턴 및 에칭양은 상호 다른 것이고, 이 n회 에칭 공정에 의해 최대 2의 n승 종류의 에칭 깊이를 갖도록 상기 광투과성 기판을 가공한다.

또한, 도8 내지 도12의 예에서는 완성한 위상 쉬프트 마스크(100)에서 차광막패턴(5)이 되는 부분을 시작으로 형성하여 남긴다. 그러나, 차광막 패턴(5)은 석영기판(1)의 에칭이 완료하고 나서, 최후의 공정으로 형성하여도 좋다. 도7에 도시하는 것은 석영기판(1)에 위상 쉬프트 영역(3)과 천이영역(4)를 형성한 후에 천이영역의 일부에 차광막 패턴(5)을 형성한 것이다.

[실시형태 3]

도13 내지 도16은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법을 도시한다. 먼저, 도13에 도시하는 바와 같이, 석영기판(1)의 위에, 이 석영기판(1)에 대한 에칭 마스크로서 이용하는 크롬(Cr) 막(8)을 형성한다. 이와 같이, 본 제조 방법에 있어서 차광성과 도전성을 갖는 막이 에칭 마스크(2)로서 이용된다. 다음에, 그 위에 전자빔 레지스트 막(9)을 형성한다. 다음에, 전자빔(EB) 묘화기술로서, Cr막(8)이 에칭 제거된 영역 A에 대응한 EB 레지스트 막(9)의 부분을 제거하도록, EB 레지스트(9)를 패터닝한다. 다음에, 상기 EB 레지스트 패턴(9)을 마스크로 하여 Cr막(8)을 에칭한다. 다음에, 전자빔 레지스트 막(9)을 제거하고, 패터닝된 크롬막(8)의 결함 검사를 행하고, 필요한 경우에는 결함을 수정한다.

다음에, 도14를 참조하면, 크롬 패턴(8)에 의해 석영기판(1)을 소정 깊이로 습식 에칭한다. 그런후, 크롬막(8)을 제거한다.

다음에 도15를 참조하면, 석영기판(1)의 전면에 크롬막(8)을 다시 형성한다.

다음에, 그 위에, 전면에 전자빔 레지스트 막(9)을 형성한다. 다음에, 전자빔 묘화 기술로서 Cr막(8)이 에칭 제거된 영역 B에 대응한 EB 레지스트 막(9)의 부분을 제거하도록, EB 레지스트(9)를 패터닝한다. 다음에, 이 EB레지스트 패턴(9)을 마스크로 하여 Cr막(8)을 에칭한다. 다음에, 전자빔 레지스트 막(9)을 제거하고, 패터닝된 크롬막(8)의 결함 검사를 행하고 필요한 경우에는 결함을 수정한다.

다음에, 도16을 참조하면, 크롬 패턴(8)으로 석영기판(1)의 영역 B를 소정 깊이로 습식 에칭한다. 그런후 크롬막(8)을 제거한다.

이상과 같은 에칭 공정을 반복하여, 실시형태 2와 동일하게 석영기판의 소정 영역에 소정 에칭을 행하는 위상 쉬프트 마스크를 형성한다.

석영기판(1)을 에칭하기 위한 마스크(8)로서 도전성과 차광성을 갖는 재료를 사용하는 것에 대해 개략적으로 살펴 보았다. 도전성이 필요한 것은 전자빔 레지스트를 전자빔 노광하여 패터닝을 할 때 대전하지 않도록 하는 것이다. 차광성이 필요한 것은 패터닝된 마스크에 빔 홀 등의 결함이 없는 지를 광조사하여 검사하기 때문이다. 이와 같은 필요성을 충족한 에칭 마스크로서 적당한 재료는 크롬 이외에 불순물 도핑한 실리콘이 있다.

또, 에칭에는 플루오르화 수소 등을 이용한 습식 에칭을 행한다.

반복 공정은 다음과 같다. 먼저, 석영기판(1)에 대해 크롬막(8) (석영 에칭용 마스크)을 형성하고, 그 위에 전자빔 레지스트 막(9)을 형성하고, 이것을 전자빔 노광하여 현상하고, 전자빔 레지스트 막(9)을 패턴 형성한다. 다음에, 이 전자빔 레지스트 막(9)의 패턴에 의해 크롬막(8)을 에칭하여 패턴닝한다. 그후, 전자빔 레지스트 막(9)을 제거하여, 크롬막 패턴(8)의 결함 검사와 수정을 행한다. 그런후, 크롬막패턴(8)을 마스크로 하여 석영기판(1)의 에칭을 행한다. 그후에, 크롬막 패턴(8)을 제거한다. 이 공정을 반복한다.

이 경우, 석영기판(1)의 에칭이 완료한 위상 포토마스크(100)에 있어서의 차광막 패턴(5)은 석영기판(1)의 에칭을 개시하기 전에, 최초에 형성하여 두는 방법과, 석영기판(1)의 에칭이 완료하고나서 나중에 형성하는 방법이라는 두가지가 있다. 도7에 도시한 것은 석영기판(1)에 위상 쉬프트 영역(3)과 천이영역(4)을 형성한 후, 천이영역의 일부에 차광막 패턴(5)을 형성한 것이다.

이상 설명한 본 실시형태의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은, 다음과 같이 종합할 수 있다. 즉, 광투과성 기판을 재료로 하여 상기 광투과성 기판을 에칭에 의해 가공하는 공정을 적어도 2회 이상인 n회 행한다. 이 n회의 에칭 공정에 있어서의 각 회의 에칭 마스크 패턴 및 에칭양은 상호 다른 것이고, 이 n회의 에칭공정에 의해 최대 2의 n승 종류의 에칭 깊이를 갖도록 광투과성 기판을 가공한다. 그후, 광투과성 기판에 차광성 박막을 형성하고 이것을 패터닝한다.

또, 상기 n회의 투명기판의 에칭에 있어서의 각 회의 에칭이 습식 에칭에 의한 것이고, n회 에칭에 있어서의 각 회의 에칭 마스크가 습식 에칭에 사용하는 약액에 대한 내식성을 구비하고, 더우기 도전성 및 차광성을 구비하는 재료로 형성되는 것이다.

또, 상기의 습식 에칭에 있어서의 에칭 마스크가 인 혹은 붕소를 도프한 비정질실리콘 박막으로 형성되고, 습식 에칭에 사용하는 약액은 적어도 불화수소를 함유하는 약액이 사용된다.

[실시형태 4]

도17 및 도18은 본 발명의 다른 실시형태의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이들 도면은 위상 쉬프트 마스크에서, 위상 쉬프트 영역과 비위상 쉬프트 마스크 영역의 경계부에 매끄러운 천이부를 형성하는 경우의, 에칭 마스크 패턴의 패턴 배치의 개념, 아울러 이 에칭 마스크에 의해 형성된 위상 쉬프트 마스크의 천이부의 구조를 도시하는 평면도 및 단면도이다. 도17에서 (a)는 석영기판(1)의 평면도이고, (b)는 복수의 에칭 마스크(11 내지 13)의 부분 평면도이다. (c)는 에칭 마스크(11 내지 13)와 2진수와의 관계를 도시하는 도면이다. 또 도18에서, (a)는 석영기판(1)의 단면도이고, 이들은 도17의 (a)에 있어서의 A-A단면을 도시한 것이다. 도17의 (b)는 복수의 에칭 마스크(11 내지 13)의 단면도이고, 도17의 (b)의 에칭 마스크와 대응한다. (c)는 에칭 마스크(11 내지 13)와 2진수와의 관계를 도시하는 도면이다.

도17 및 도18을 참조하여 에칭의 공정을 설명한다. 우선, 위상 쉬프트 마스크로 이루어지는 석영기판(1)의 1회째의 에칭은 도17 및 도18에 있어서의 에칭 마스크(11)를 이용한다. 이 마스크는 위상 쉬프트 마스크의 천이부의 계단의 폭을 단위로 하여, 그 1배(즉, 2의 0승배)의 폭으로 상호, 즉 호상(縞狀, stripe fashion)으로 개구부(11a)와 비개구부(11b)가 배열되어 있다. 이 마스크를 이용한 1회째의 에칭양은 위상 쉬프트 마스크 계단의 1단 높이(단차)를 단위로 하여, 그 1배(즉, 2의 0승배)로 한다.

다음에, 석영기판(1)의 2회째의 에칭은 도17 및 도18에 있어서의 에칭 마스크(12)를 이용한다. 이 마스크는 위상 쉬프트 마스크의 천이부의 계단의 폭을 단위로 하여 그 2배(즉, 2승의 1승배)의 폭으로 상호 에칭 개구부(12a)와 비개구부(12b)가 배열되어 있다. 이 마스크를 이용한 2회째의 에칭양은 위상 쉬프트 마스크의 계단의 1단 높이(단차)를 단위로 하여, 그의 2배(즉, 2의 1승배)로 한다.

다음에, 석영기판(1)의 3회째의 에칭은, 도17 및 도18에 있어서의 에칭 마스크(13)를 이용한다. 이 마스크는 위상 쉬프트 마스크의 천이부의 계단의 폭을 단위로 하여 그 4배(즉, 2의 2승배)의 폭으로, 상호 에칭 개구부(13a)와 비개구부(13b)가 배열되어 있다. 이 마스크를 이용한 3회째의 에칭양은 위상 쉬프트 마스크의 천이부 계단의 1단 높이(단차)를 단위로 하여 그의 4배(즉, 2의 2승배)로 한다.

이와 같이 하여 석영기판(1)의 3회의 에칭을 반복하면, 그 에칭 결과는 도18의 (a)의 단면도와 같이, 매끄러운 8단계(즉, 2의 3승의 단계)의 계단 모양의 천이부(4)로 된다. 즉, 광의 투과 방향에서의 광경로 길이가 광의 투과방향의 직교하는 면내에서 다단 변조 계조를 갖는 형태로서 다단 위상 쉬프트 마스크가 형성되어 있다.

이상의 것을 일반화하여 말하면 다음과 같이 된다. 즉, 에칭 마스크는 완성한 위상 쉬프트 마스크의 천이부의 계단폭을 단위로 하여(그 폭을 W라 한다.) 그 2의 (n-1)승배의 폭으로 (W×2^n-1)개구부와 비개구부가 호상으로 되어 배열된 상태로 한다. 여기서, n는 1로부터 시작하는 정수이고, 각 정수의 에칭 마스크를 형성한다. n를 어디서 멈추는 가는 완성할 위상 쉬프트 마스크의 계단을 어떤 단으로 하는 가에 따라 결정한다. 계단수는 2의 n승만이 가능하다.

다음에, 에칭양에 대해 고려하면, 에칭양은 완성할 위상 쉬프트 마스크의 천이부의 계단의 단차를 단위로 하여 (그 단차를 H라 한다.), 각 회의 에칭에서 그 2의 (n-1) 승배의 깊이(H×2^n-1) 를 에칭 제거한다. 여기서, n로서의 정수는 상기 에칭 마스크에 있어서의 n로서의 정수에 일치시킨 것으로 한다.

이와 같이 하여, n회의 에칭에서, 천이부가 2의 n승(2ⁿ)의 위상 계조를 갖는 다단 위상 쉬프트 마스크를 제조할 수 있다. 예를 들면 8계조의 위상을 갖는 위상 쉬프트 마스크이라면 종래법에서는 7회의 에칭을 필요로 하였지만, 본 방법에서는 3회로 가능하게 된다.

또, 에칭 마스크의 사용순서, 따라서 또 에칭양의 크기 순서는 정수 n를 1에서 시작하여 순차적으로 증가하도록 취하는 것이 효과적이다. 그러나, 이 순서는 그와 같이 한정되어 있지 않고, 다른 순서로서 에칭을 행하여도 논리적으로는 결과로서 동일한 위상 쉬프트 마스크가 형성될 수 있다. 물론 마스크의 위치는 단부를 정합시킬 필요가 있다.

다음에, 이상의 것을 도17의 (c) 및 도18의 (c)에 도시하는 2진수로 고찰하면 다음과 같다. 상기 도17의 (c) 및 도18의 (c)의 2진수는 위상 쉬프트 마스크이 천이부(4)의 계단폭마다, 에칭양이 적은 계단에서 큰 계단에서 대응시킨 것이다. 이 2진수의 수치는 계단의 1단의 단차를 단위로 하여 그 계단의 에칭양과 대응한다. 또, 상기 2진수의 첫째 자리에 숫자 1을 갖는 계단은 2회째 에칭으로 에칭된 것을 도시하고 있다. 또, 2진수의 두째 자리에 숫자 1을 갖는 계단은 2회째의 에칭으로 에칭된 것을 도시하고 있다. 동일하게, 상기 2진수의 세째 자리에 숫자 1을 갖는 계단은 3회째에 에칭된 것을 도시하고 있다.

이것을 바꾸어 말하면, 완성할 위상 쉬프트 마스크의 천이부의 계단폭마다 에칭이 잔류하고 나서 깊은 쪽으로 단조로이 증가하는 2진수를 배치하고, 그 n자리에 숫자 1을 갖는 경우에는 그 부분이 개구된 에칭 마스크를 형성하고, 계단의 단차를 단위로서 그 2의 (n-1)승의 깊이를 에칭 제거한다. 이것과 동일한 것을 배치한 2진수의 각 자리수에 대해 행하면, 에칭 깊이가 순차적으로 깊어 긴 위상 쉬프트 마스크를 형성할 수 있다.

또, 위상 쉬프트 마스크의 계단의 폭과 단차의 크기는 사용하는 광원의 파장이나 이 위상 마스크를 이용하여 형성하도록 하는 선의 패턴에 의해 결정되는 것이다.

처음에 설명한 도1 내지 도3에 도시하는 위상 쉬프트 마스크는 이상 서술한 바와 같은 제조 방법에 의해 얻어지는 다단 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 도면이다. 이와 같은 제조 방법에 따르면, 도1 내지 도3에 도시하는 바와 같이 0°투과부에 180°투과부로 이행하는 천이부분이 얇은 계단 모양으로 형성된 위상 쉬프트 마스크가 얻어진다. 이 때문에, 예를 들면 통상의 2위상 마스크의 형성에 의한 경우의 0°에서 180°로의 급격한 변화가 없이, 그와 같은 변화의 결과로서 전사 패턴에 형성되는 암 패턴이 없게 되어, 독립한 배선을 포지티브 레지스트로 형성하는 것이 가능하게 된다.

이것을 도면에 따라 설명한 도1 내지 도3에 도시하는 바와 같은 본 발명의 위상 쉬프트 마스크에서 얇은 배선 패턴을 형성하면, 도6에 도시하는 바와 같이, 필요한 선의 패턴(6)만으로 되어 종래의 생긴 불필요한 선의 패턴(7)은 없게 되어 실질적인 문제로 되는 것과 같은 영향을 발생하지 않는다.

이것을 실현하기 위해, 8단 계조의 위상 쉬프트 마스크를 제조하기 위해 종래 방법에서는 7회의 에칭이 필요하였지만, 본 방법에서는 3회이고, 대폭적인 공정 단축이 가능하다.

이상 설명한 본 실시형태의 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법은 다음과 같이 종합할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 광투과성 기판을 에칭으로 가공하는 공정을, 적어도 2회 이상인 n회 구비하고, 이 n회 에칭 공정에 있어서의 각 회의 에칭 마스크 패턴 및 에칭양이 상호 다른 것이고, n회의 에칭 공정에 의해 최대 2의 n승 종류의 에칭 깊이를 갖도록 광투과성 기판을 가공한다.

이것에 대해서는 모두 서술하였지만, 더 본 실시형태에서는 이 n회 에칭의 임의 회째 에칭의 에칭양이 m를 n이하의 자연수로서 단위양의 2의 (m-1)승중 어느것 이도록 한다.

또, 상기 n회 에칭이 m회째 에칭의 에칭양이 m를 n이하의 자연수로서 단위 양의 2의 (m-1)승이도록 한다.

또, 본 실시형태에서는 상기 n회 에칭의 임의 회째 에칭의 에칭 마스크의 마스프 패턴이 긴 직사각형을 포함하고, 상기 긴 직사각형의 작은 쪽의 폭이 m를 n이하의 자연수로서 단위폭의 2의(m-1)승중 어느 것이도록 한다.

더우기, 본 실시형태에서는 상기 n회 에칭의 m회째 에칭의 에칭 마스크의 마스크 패턴이 긴 직사각형을 포함하고, 상기 긴 직사각형의 작은 쪽이 m를 n이하의 자연수로서, 단위폭의 2의 (m-1)승이도록 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다단 위상 쉬프트 마스크를 적은 에칭 횟수로 효율적으로 제조할 수 있다. 또 이와 같은 제조 방법에 의해 제조한 다단 측벽을 갖는 위상 쉬프트 마스크가 얻어진다.

Claims

광투과성 기판의 위상 쉬프트를 발생하지 않는 비위상 쉬프트 영역과 위상 쉬프트를 발생하는 위상 쉬프트 영역의 경계부의 소정 부분에 차광성 박막 패턴을 형성하는 공정과,

상기 차광성 박막 패턴이 형성되지 않은 상기 경계부에서, 개구부와 비개구부를 갖는 다른 에칭 마스크 패턴으로 에칭양이 다른 n회(n는 2를 초과하는 일정한 정수)의 에칭을 실시함으로서, 에칭 깊이가 2의 n승 종류로 단계적으로 변화하는 천이부를 형성하는 공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
제1항에 있어서, 광투과성 기판에 형성된 차광성 박막을 패터닝하여 상기 차광성 박막 패턴을 형성한 후, 상기 위상 쉬프트 영역과 상기 천이부를 형성한 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 위상 쉬프트 영역과 상기 천이부를 형성한 후, 상기 차광막 패턴을 형성한 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크의 제조 방법.