KR19980023937A - 위상 시프트 마스크, 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
작은 마스크 수로, 간단한 구성의 노광 장치를 사용하여 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성한다.
제 1 광투과 영역 Ta1에 있어서 투명 기판(1)의 표면이 노출되어 있으며, 제 2 광투과 영역 Ta2에 있어서 투명 기판(1)의 표면상에 반차광막이 형성되어 있고, 제 3 광투과 영역 Tn1에 있어서 투명 기판(1)의 표면에 홈(1a)이 형성되어 있으며, 제 4 광투과 영역 Tn2에 있어서 투명 기판(1)의 표면상에 반차광막(3)과 위상 시프터층(5)이 적층되어 형성되어 있고, 차광 영역 S에 있어서 투명 기판(1)의 표면상에 반차광막(3)과 위상 시프터층(5)과 차광막(7)이 적층되어 형성되어 있다.
Description
본 발명은, 위상 시프트 마스크, 그 위상 시프트 마스크의 제조 방법, 및 그 위상 시프트 마스크를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로에 있어서의 고집적화 및 미세화는 놀랄만큼 발달되어 있다. 이에 따라, 반도체 기판(이하, 간단히 웨이퍼로 칭함)상에 형성되는 회로 패턴의 미세화도 급속히 진전되고 있다.
그중에서도, 포토리소그래피 기술이 패턴 형성에 있어서의 기본 기술로서 널리 인식되고 있다. 따라서, 최근까지 각종 개발, 개량이 행해져 오고 있다. 그러나, 패턴의 미세화는 계속해서 진행되고 있으며, 패턴의 해상도 향상에 대한 요구도 또한 강해지고 있다.
이 포토리소그래피 기술은, 웨이퍼상에 도포된 포토레지스트에 마스크(원화(原畵))형상의 패턴을 전사하고, 그 전사된 포토 레지스트를 사용하여 하층의 피(被)에칭막을 패터닝하는 기술이다. 이 포토 레지스트의 전사시에 있어서, 포토 레지스트에 현상 처리가 시행되지만, 이 현상 처리에 의해 광의 해당 부분의 포토 레지스트가 제거되는 타입을 포지티브형, 광의 해당되지 않는 부분의 포토 레지스트가 제거되는 타입을 네가티브형의 포토레지스트라 한다.
일반적으로, 축소 노광 방법을 사용한 포토 리소그래피 기술에 있어서의 해상 한계 R(nm)은,0
R=k1 ·λ/(NA)
로 나타낸다. 여기서, λ는 사용하는 광의 파장(nm), NA는 렌즈의 개구수, k1은 레지스트 프로세스에 의존하는 정수이다.
상기 식으로부터 판단되는 바와 같이, 해상 한계 R의 향상을 도모하기 위해서는, 즉 미세 패턴을 획득하기 위해서는, k1과 λ의 값을 작게 하고, NA의 값을 크게하는 방법이 고려된다. 즉, 레지스트 프로세스에 의존하는 정수를 작게함과 동시에, 단파장화와 고NA화를 진행시키면 좋다.
그러나, 광원과 렌즈의 개량은 기술적으로 어려우며, 또한 단파장화 및 고NA화를 진행시키므로써, 광의 초점 심도 δ(δ=k2·λ/(NA)2)가 얕게 되며, 오히려 해상도의 저하를 초래한 문제가 생기고 있다.
따라서, 광원과 렌즈가 아니라, 포토 마스크를 개량하므로써, 패턴의 미세화를 도모하는 연구가 이루어지고 있다. 최근에는, 패턴의 해상도를 향상시키는 포토 마스크로서 위상 시프트 마스크가 주목받고 있다. 이하, 이 위상 시프트 마스크의 구조 및 그 원리에 대해 통상의 포토 마스크와 비교하여 설명한다. 위상 시프트 마스크에 대해서는, 레벤슨 방식(Levenson type) 및 하프톤 방식(Halftone type)에 대해 설명한다.
도 23a, b, c는, 통상의 포토 마스크를 사용했을 때의 마스크의 단면, 마스크상의 전장(電場) 및 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면이다. 도 23a를 참조하면, 통상의 포토 마스크는, 글래스(glass) 기판(101)상에 금속 마스크 패턴(103)이 형성된 구성을 갖고 있다. 이와 같은 통상의 포토 마스크에서는, 마스크상의 전장은, 도 23b에 도시된 바와 같이 금속 마스크 패턴(103)에서 공간적으로 펄스 변조된 전장으로 된다.
그러나, 도 23c를 참조하면, 패턴이 미세화되면, 포토 마스크를 투과한 노광광은 광의 회절 효과 때문에 웨이퍼상의 비노광 영역(금속 마스크 패턴(103)에 의해 노광광의 투과가 차단된 영역)에도 회절하여 입사된다. 따라서, 웨이퍼상의 비노광 영역에도 광이 조사되어서, 광의 콘트라스트(웨이퍼상의 노광 영역과 비노광 영역의 광강도의 차)가 저하된다. 결과적으로, 해상도가 저하되어, 미세한 패턴의 전사를 행하는 것이 곤란하게 된다.
도 24a, b, c는, 레벤슨 방식의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면이다. 우선 도 24a를 참조하면, 위상 시프트 마스크에서는, 통상의 포토 마스크에 위상 시프터로 칭해지는 광학 부재(105)가 마련되어 있다.
즉, 글래스 기판(101)상에 금속 마스크 패턴(103)이 형성되며, 노광 영역과 차광 영역이 마련되고, 이 노광 영역 하나 걸러서 위상 시프터(105)가 마련되어 있다. 이 위상 시프터(105)는, 투과광의 위상을 180°변환하는 역할을 하는 것이다.
도 24b를 참조하면, 전술한 바와 같이 위상 시프터(105)가 노광 영역 하나 걸러서 마련되었기 때문에, 위상 시프트 마스크를 투과한 광에 의한 마스크상의 전장은, 그 위상이 서로 180°반전되어 구성된다. 이와 같이 인접하는 노광 영역간에 광의 위상이 서로 역위상으로 되기 때문에, 광의 간섭 효과에 의해 역위상의 광의 중첩 부분에 있어서 광이 서로 상쇄된다.
따라서, 도 24c에 도시된 바와 같이, 노광 영역간의 경계에 있어서 광의 강도가 작게 되며, 웨이퍼상의 노광 영역과 비노광 영역에 있어서의 광의 강도차를 충분히 확보하는 것이 가능하다. 이에 따라 해상도의 향상을 도모하는 것이 가능하게 되며, 미세한 패턴의 전사를 행하는 것이 가능하게 된다.
도 25a, b, c는, 하프톤 방식의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도를 도시하는 도면이다. 우선 도 25a를 참조하면, 이 하프톤 방식의 위상 시프트 마스크에 있어서도, 전술한 레벤슨 방식과 동일하게, 위상 시프트로 칭해지는 광학 부재(106)가 마련되어 있다.
다만, 광학 부재(106)는, 글래스 기판(101)상의 반차광막(103)상에만 형성되어 있으며, 위상 시프터(106)와 반투명막(103)의 2 층 구조가 마련되어 있다. 이 위상 시프터(106)는, 전술한 바와 동일하게, 투과광의 위상을 180° 변환하는 역할을 하는 것이며, 반투명막(103)은, 노광광을 완전히 차단하는 것이 아니라 노광광의 강도를 감쇠시키는 역할을 하는 것이다.
도 25b를 참조하면, 전술한 바와 같이 위상 시프터(106)와 반투명막(103)의 2 층 구조를 마련했기 때문에, 마스크상의 전장은, 그 위상이 서로 180° 변환하여 구성되며, 한쪽의 위상의 강도가 다른 쪽의 위상의 강도보다 작게 된다. 즉, 위상 시프터(106)를 투과하므로써 위상이 180° 변환되며, 반투명막(103)을 투과하므로써, 현상후에 포토 레지스트를 소정의 막두께 만큼 잔존시키도록 광의 강도가 감쇠된다. 인접하는 노광 영역간에서 광의 위상은 서로 역위상으로 되기 때문에, 역위상의 광이 중첩되는 부분에 있어서 광이 서로 상쇄하게 된다.
그 결과, 도 25c에 도시된 바와 같이, 노광 패턴의 에지에서 위상이 반전되며, 노광 패턴의 에지에서의 광강도를 작게하는 것이 가능하다. 그 결과, 반투명막(103)을 투과한 영역과 투과하지 않은 영역의 노광광의 광강도의 차가 크게 되며, 패턴 형상의 해상도를 상승시키는 것이 가능하게 된다.
일반적으로, 네가티브형 포토 레지스트의 경우, 현상 과정에 있어서 고분자의 팽창이 있기 때문에, 위상 시프트 마스크가 이용되도록 하므로써, 보다 높은 해상도가 필요한 패턴에 대해서는 포지티브형 포토 레지스트가 사용된다. 이 포지티브형 포토 레지스트를 사용한 경우에, 미세한 홀 패턴을 형성하는 방법이, 본원 발명자에 의해 특허 출원 평성 8-184876 호(평성 8년 7월 15일자 출원, 「위상 시프트 마스크를 사용한 노광 장치 및 패턴 형성 방법」)에서 제안되어 있다. 이하, 이 기술을 종래예로서 설명한다.
도 26은, 종래의 위상 시프트 마스크를 사용한 노광 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 또한 도 27과 도 28은, 이 노광에 사용되는 2 개의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이며, 도 29는 도 27의 F-F선에 따른 개략 단면도이다.
우선, 도 26을 참조하면, 종래의 위상 시프트 마스크를 사용한 노광 방법에서는, 간섭 노광이 적용된다. 즉, 2 개의 위상 시프트 마스크(210A, 210B)를 개별적으로 투과시킨 노광광을 서로 간섭시켜, 이 간섭 합성된 노광광에 의해 포토 레지스트가 노광된다.
구체적으로는, 우선 광원(252)으로부터 나온 노광광(260)이 캐패시터 렌즈(254)에 의해 집광된다. 이 집광 도중에 있어서, 노광광(260)은 빔스플리터(258)에 의해 2 방향으로 분광된다. 즉, 1/2의 광량의 한쪽의 노광광(260A)은, 빔스플리터(258)에 의해 그 광로를 입사 방향에 대해 90°의 방향으로 반사하고, 다른쪽의 1/2의 광량의 노광광(260B)은 빔스플리터(258)를 투과한다.
한쪽의 노광광(260A)은 제 1 위상 시프트 마스크(210A)를 투과한 후, 반사경(262A)에 의해 반사되며, 제 1 보정기(264A)를 투과한다.
또한, 다른쪽의 노광광(260B)은, 제 2 위상 시프트 마스크(210B)를 투과한 후, 반사경(262B)에 의해 반사되며, 제 2 보정기(264B)를 투과한다.
이와 같이 제 1 보정기(264A)를 투과한 한쪽의 노광광(260A)과 제 2 보정기(262B)를 투과한 다른쪽의 노광광(260B)이 빔스플리터(266)에 의해 간섭 합성된다. 즉, 이 빔스플리터(266)는, 한쪽의 노광광(260A)을 투과하고, 다른 쪽의 노광광(260B)을 입사 방향에 대해 90°의 방향으로 반사한다.
이 간섭 합성된 노광광(260C)이, 축소 렌즈 등으로 구성된 투영 광학계(268)를 투과하고, 웨이퍼(284)상에 도포된 포토 레지스트에 조사된다.
이 간섭 노광에 사용된 제 1 위상 시프트 마스크(210A)는, 도 27과 도 29에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 광투과부 Ta, Tn과 차광 영역 S을 갖는 레벤슨형의 위상 시프트 마스크이며, 투명 기판(201)과 차광막(203)을 갖고 있다.
제 2 광투과 영역 Tn에는, 투명 기판(201)의 표면에 홈(201a)이 형성되어 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 광투과 영역 Ta, Tn은, 서로 180° 상이한 위상으로 노광광을 투과하게 된다. 이 제 1 및 제 2 광투과 영역 Ta, Tn의 사이의 영역에는, 차광막(3)에 의해 덮힌 차광 영역 S가 배치되어 있다. 또한 제 1 및 제 2 광투과 영역 Ta, Tn과 차광 영역 S의 각 평면 패턴은, 도면에서 Y 방향으로 향하는 일직선에 가까운 라인상의 것이다.
또한, 제 2 위상 시프트 마스크(210B)는, 도 28에 도시된 바와 같이, 전술한 제 1 위상 시프트 마스크(210A)와 거의 동일한 구성을 가지고 있다. 다만, 제 2 위상 시프트 마스크(210B)에는, 제 1 및 제 2 광투과 영역 Ta, Tn과 차광 영역 S가 도면에서 X 방향으로 향하여 일직선에 가까운 라인상에 형성되어 있다. 따라서, 제 2 위상 시프트 마스크(210B)에 있어서의 G-G선에 따른 단면이 도 29에 도시된 단면 구조에 대응된다.
다음에, 이와 같은 제 1 및 제 2 위상 시프트 마스크(210A, 210B)를 사용하여 간섭 노광된 경우의 포토 레지스트상의 광강도의 분포에 대해 설명한다.
도 30a는 간섭 노광에 있어서의 제 1 및 제 2 위상 시프트 마스크의 중첩 상태를 나타내는 개략 평면도이며, 도 30b, c 및 d는 도 30a의 C1-C1선, D1-D1선, 및 E1-E1선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면이다.
우선 도 30a를 참조하면, 포토 레지스트에는, 전술한 바와 같은 제 1 및 제 2 위상 시프트 마스크(210A, 210B)의 상이 동시에 포토 레지스트에 노광된다. 이 때, 일직선상에 연장되는 제 1 위상 시프트 마스크(210A)의 패턴이, 일직선상에 연장되는 제 2 위상 시프트 마스크(210B)의 패턴과 거의 직교하도록 간섭 노광된다.
여기서, 제 1 위상 시프트 마스크(210A)의 제 1 광투과 영역 Ta과 제 2 위상 시프트 마스크(210B)의 제 1 광투과 영역 Ta가 중첩되는 영역에는, 양영역을 투과한 노광광은, 서로 동일한 위상을 가지고 있다. 따라서, 이것의 노광광은 서로 강하게 합쳐져, 이 영역에 있어서의 노광광의 강도가 최고로 크게 된다. 또한 제 2 광투과 영역 Tn 끼리가 중첩되는 영역에 있어서도, 전술한 바와 마찬가지로, 노광광이 서로 강하게 합쳐지기 때문에, 노광광의 강도는 매우 크게 된다.
또한 차광 영역 S와 제 1 광투과 영역 Ta(혹은 제 2 광투과 영역 Tn)가 중첩 영역에서는, 노광광의 강도는 실질적으로 제 1 광투과 영역 Ta(혹은 제 2 광투과 영역 Tn)를 투과한 노광광의 강도만으로 된다. 따라서, 제 1 광투과 영역 Ta 끼리(혹은 제 2 광투과 영역 Tn 끼리)가 서로 중첩되는 영역에서도, 제 1 광투과 영역 Ta(혹은 제 2 광투과 영역 Tn)와 차광 영역 S가 중첩되는 영역의 노광광의 광강도는 저하된다.
또한 제 1 광투과 영역 Ta와 제 2 광투과 영역 Tn이 중첩되는 영역에 있어서는, 양영역을 투과한 노광광은 서로 역의 위상을 갖게 된다. 따라서, 이 노광광은 서로 상쇄되며, 이 영역에 있어서의 노광광의 강도는 실질적으로 0으로 된다.
전술한 바에 따라, 도 30a와 도 30b를 참조하면, C1-C1선에 따른 부분의 노광광의 강도는, 제 1 광투과 영역 Ta끼리가 중첩되는 영역에서는 매우 높게 된다. 또한, 제 1 광투과 영역 Ta와 차광 영역 S가 중첩되는 영역에서는, 노광광의 강도는 제 1 광투과 영역 Ta끼리가 중첩되는 영역보다도 저하된다. 또한, 제 1 광투과 영역 Ta와 제 2 광투과 영역 Tn이 중첩되는 영역에서는, 노광광의 강도는 실질적으로 0으로 된다.
다음에, 도 30a와 도 30b를 참조하면, D1-D1선에 따른 부분의 노광광의 강도는, 제 2 광투과 영역 Tn끼리가 중첩되는 영역에서는 매우 높게 된다. 또한, 제 2 광투과 영역 Tn와 차광 영역 S가 중첩되는 영역에서는, 노광광의 강도는 제 2 광투과 영역 Tn끼리가 중첩되는 영역보다도 낮게 된다. 또한, 제 1 광투과 영역 Ta와 제 2 광투과 영역 Tn이 중첩되는 영역에서는, 노광광의 강도는 실질적으로 0으로 된다.
다음에 도 30a와 도 30b를 참조하면, E1-E1선에 따른 부분의 노광광의 강도는, 제 1 광투과 영역 Ta(혹은 제 2 광투과 영역 Tn)의 차광 영역 S가 중첩되는 영역에서는 비교적 높게 된다. 또한, 차광 영역 S끼리가 중첩되는 영역에서는, 노광광의 강도는 실질적으로 0으로 된다.
이와 같은 노광광의 강도 분포에서 포지티브형의 포토 레지스트를 노광 $현상하므로써, 슬라이스 레벨 SL 이상의 노광 강도를 갖는 부분의 포토 레지스트가 제거되어 홀 패턴이 형성된다.
여기서 슬라이스 레벨 SL은, 현상에 의해 레지스트가 제거되는지의 여부(혹은 잔존되는지의 여부)의 기준으로 되는 광강도를 나타내고 있다.
전술한 바와 같이 2 개의 위상 시프트 마스크를 사용하여 간섭 노광을 행하므로써, 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치(pitch)로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 이 방법에 있어서는, 2 개의 위상 시프트 마스크를 투과한 노광광을 간섭시켜야 되기 때문에, 적어도 위상 시프트 마스크를 2 개 준비해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 2 개의 위상 시프트 마스크의 상을 동시에 포토 레지스트에 노광할 필요가 있기 때문에, 노광 장치의 구성이 복잡하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 작은 마스크 수로, 간단한 구성의 노광 장치를 사용하여 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있는 위상 시프트 마스크, 그 위상 시프트 마스크의 제조 방법 및 그 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도
도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 개략 단면도
도 3은 도 1의 B-B 선에 따른 개략 단면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4a는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 4b는 도 4a의 C-C 선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내며, 도 4c는 도 4a의 D-D 선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내고, 도 4d는 도 4a의 E-E 선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 광학 형상을 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 1 공정을 나타내는 개략 단면도
도 7은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 2 공정을 나타내는 개략 단면도
도 8은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 3 공정을 나타내는 개략 단면도
도 9는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 4 공정을 나타내는 개략 단면도
도 10은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 5 공정을 나타내는 개략 단면도
도 11은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 6 공정을 나타내는 개략 단면도
도 12는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 1 공정을 나타내는 개략 단면도
도 13은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 2 공정을 나타내는 개략 단면도
도 14는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 3 공정을 나타내는 개략 단면도
도 15는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 4 공정을 나타내는 개략 단면도
도 16은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 5 공정을 나타내는 개략 단면도
도 17은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 제조 방법의 제 6 공정을 나타내는 개략 단면도
도 18은 디포커스에 대한 노광광의 강도의 저하의 시뮬레이션에 있어서, 비교용의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도
도 19는 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크에 있어서 져스트 포커스로 했을 때의 광학 형상을 나타내는 도면
도 20은 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크에 있어서 1.0 ㎛의 디포커스로 했을 때의 광학 형상을 나타내는 도면
도 21은 도 18에 도시한 위상 시프트 마스크에 있어서 져스트 포커스로 했을 때의 광학 형상을 나타내는 도면
도 22는 도 18에 도시한 위상 시프트 마스크에 있어서 1.0 ㎛의 디포커스로 했을 때의 광학 형상을 나타내는 도면
도 23은 종래의 포토 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도에 대해 설명하기 위한 도면
도 24는 레벤슨 방식의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도에 대해 설명하기 위한 도면
도 25는 하프톤 방식의 위상 시프트 마스크를 사용했을 때의 마스크 단면, 마스크상의 전장 및 웨이퍼상의 광강도에 대해 설명하기 위한 도면
도 26은 종래의 위상 시프트 마스크를 사용한 노광 방법을 설명하기 위한 노광 장치의 모식도
도 27은 종래의 노광 방법에 사용되는 제 1 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도
도 28은 종래의 노광 방법에 사용되는 제 2 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도
도 29는 도 27의 F-F선에 따른 개략 단면도
도 30은 종래의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 30a는 제 1 및 제 2 위상 시프트 마스크를 겹친 양자를 나타내는 평면도이고, 도 30b는 도 30a의 C1-C1선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내며, 도 30c는 도 30a의 D1-D1선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내고, 도 30d는 도 30a의 E1-E1선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 투명 기판3 : 반차광막
5 : 위상 시프트막7 : 차광막
1a : 홈Ta1: 제 1 광투과 영역
Ta2: 제 2 광투과 영역Tn1: 제 3 광투과 영역
본 발명의 위상 시프트 마스크는, 기판과, 반차광막과, 위상 시프트막과, 차광막을 구비하고 있다. 기판은, 노광광을 투과하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역와 노광광의 투과를 차단하는 차광 영역을 가지고 있으며, 제 3 광투과 영역이 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 노광광을 투과하도록 제 3 광투과 영역의 주표면에 홈을 가지고 있다. 반차광막은, 제 2 및 제 4 광투과 영역을 덮으며, 제 1 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 기판의 주표면상에 형성되어, 노광광의 강도를 감쇠시킨다. 위상 시프트막은, 제 4 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상이 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 되도록, 제 3 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 실질적으로 동일한 위상으로 되도록 제 4 광투과 영역을 덮으며, 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 기판의 주표면상에 형성되어 있다. 차광막은 차광 영역을 덮으며, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역을 노출하도록 기판의 주표면상에 형성되어 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크에는, 서로 위상 혹은 투과광의 강도가 상이한 제 1∼제 4 광투과 영역이 마련되어 있다. 이 제 1∼제 4 광투과 영역을 적절하게 배치하므로써, 종래예와 동일한 노광광의 강도 분포 상태를 구성할 수 있다. 따라서, 1 개의 위상 시프트 마스크만으로, 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
또한, 1 개의 위상 시프트 마스크의 상만을 포토 레지스트에 노광하면 좋기 때문에, 종래예와 같이 노광 장치의 구성을 복잡하게 할 필요가 없다. 따라서, 간단한 구성의 노광 장치로 포지티브형의 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법은 이하의 공정을 구비하고 있다.
우선, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역과 차광 영역을 갖는 기판의 주표면상에 노광광의 강도를 감쇠시키는 반차광막과, 노광광의 위상을 변화시키는 위상 시프트막과, 노광광의 투과를 차단하는 차광막이 순차적으로 형성된다. 그리고, 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역에 있어서 차광막과 위상 시프트막이 순차적으로 제거되어, 반차광막의 표면이 노출된다. 그리고, 제 1 및 제 3 광투과 영역에 있어서 반차광막이 제거되어 기판의 주표면이 노출된다. 그리고, 제 3 광투과 영역에 있어서 기판의 주표면에 홈이 형성된다. 그리고, 제 1 광투과 영역에 있어서 반차광막이 제거되어, 상기 기판의 주표면이 노출된다. 그리고, 제 4 광투과 영역에 있어서 차광막이 제거되어 위상 시프트막의 표면이 노출된다.
본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법은, 패터닝된 반차광막 등을 마스크로 하여 에칭을 시행하므로써 기판에 홈이 형성된다. 즉, 반차광막 등이 패터닝된 후에 밑바닥의 시프터 패턴이 형성된다. 따라서, 밑바닥의 시프터 패턴을 형성한 후에, 반차광막이 성막되어 패터닝될 필요가 없다. 따라서, 반차광막의 패터닝시에, 밑바닥의 시프터 패터닝에 합치기 위한 높은 정밀도의 정렬이 불필요하게 된다.
또한, 기판의 주표면상에 반차광막과 위상 시프터막과 차광막이 순차 형성되어 블랭크(blank)가 형성된다. 이와 같이 블랭크를 형성한 후에는, 포토 레지스트 이외의 막을 형성할 필요가 없다. 따라서, 블랭크의 막 혹은 기판을 패터닝한 후에 새로이 성막을 행하므로써 발생되는 막의 결함이 방지된다. 따라서, 결함이 적은 위상 시프트 마스크를 구성하는 것이 가능하다.
본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법은, 웨이퍼에 도포된 포토 레지스트의 소정 영역에 위상 시프트 마스크를 사용하여 노광을 행하는 패턴 형성 방법이다. 이 패턴 형성 방법에 사용되는 위상 시프트 마스크는, 기판과, 반차광막과, 위상 시프트 마스크와, 차광막을 구비하고 있다. 기판은, 노광광을 투과하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역과 노광광의 투과를 차단하는 차광 영역을 가지며, 제 3 광투과 영역이 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 노광광을 투과하도록 제 3 광투과 영역의 주표면에 홈을 가지고 있다. 반차광막은, 제 2 및 제 4 광투과 영역을 덮으며, 제 1 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 기판의 주표면상에 형성되며, 노광광의 강도를 감쇠시킨다. 위상 시프트막은, 제 4 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상이, 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 되도록, 제 3 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 실질적으로 동일한 위상으로 되도록 제 4 광투과 영역을 덮고, 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 기판의 주표면상에 형성되어 있다. 차광막은, 차광 영역을 덮고, 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 기판의 주표면상에 형성되어 있다. 그리고, 포토 레지스트는 포지티브형의 포토 레지스트이며, 포토 레지스트를 현상하므로써 레지스트 표면에 위상 시프트 마스크의 제 1 및 제 3 광투과 영역이 조사된 영역에 홀 패턴이 형성된다.
본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에는, 1 개의 마스크로, 간단한 구성의 노광 장치를 사용하여 포지티브형의 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이다. 또한 도 2와 도 3은, 도 1의 A-A 선과 B-B 선에 따른 개략 단면도이다.
도 1∼도 3을 참조하면, 본 실시예의 위상 시프트 마스크는, 예를 들면 홀 패턴 형성 영역(도 2)과 라인/스페이스(space) 패턴 형성 영역(도 3)을 갖고 있다.
홀 패턴 형성 영역에 있어서는, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역 Ta1, Ta2, Tn1, Tn2와 차광 영역 S가 배치되어 있다. 제 1 광투과 영역 Ta1에 있어서는, 투명 기판(1)의 표면은 노출되어 있다. 또한, 제 2 광투과 영역 Ta2에는, 투명 기판(1)의 표면상에 반차광막(3)이 형성되어 있으며, 그 반차광막(3)의 표면은 노출되어 있다. 또한, 제 3 광투과 영역 Tn1에는, 투명 기판(1)의 표면에 홈(1a)이 형성되어 있다. 이 홈(1a)에 의해 제 3 광투과 영역 Tn1을 투과하는 노광광의 위상은, 제 1 광투과 영역 Ta1을 투과하는 노광광의 위상과 실질적으로 180° 상이하다. 또한, 제 4 광투과 영역 Tn2에 있어서는 투명 기판(1)의 표면상에 반차광막(3)과 위상 시프트막(5)이 순서대로 적층되어 형성되며, 위상 시프트막(5)의 표면은 노출되어 있다.
그리고, 차광 영역 S는, 투명 기판(1)의 표면상에 반차광막(3)과 위상 시프트막(5)과 차광막(7)이 순서대로 적층되어 형성되며, 차광막(7)의 표면이 노출되어 있다.
반차광막(3)은, 실질적으로 50%의 투과율을 가지고 있으며, 투과하는 노광광의 강도를 감쇠시키는 역할을 하고 있다. 또한, 위상 시프트막(5)은, 투과하는 노광광의 투과 광량을 변화시키지 않고, 위상을 실질적으로 180° 반전시키는 역할을 하고 있다. 차광막(7)은, 노광광의 투과를 차단하는 역할을 하고 있다.
따라서, 제 2 광투과 영역 Ta2를 투과하는 노광광은, 제 1 광투과 영역 Ta1을 투과하는 노광광과 동일한 위상으로, 상대적으로 50%로 감쇠된 강도로 된다. 또한, 제 3 광투과 영역 Tn1을 투과하는 노광광은, 제 1 광투과 영역 Ta1을 투과하는 노광광과 실질적으로 180° 상이한 위상을 가지며, 동일한 강도로 된다. 또한, 제 4 광투과 영역 Tn2를 투과하는 노광광은, 제 1 광투과 영역 Ta1을 투과하는 노광광과 실질적으로 180° 상이한 위상을 가지며, 상대적으로 50% 감쇠된 강도로 된다.
예를 들면, 노광광에 i선을 사용하는 경우에는, 반차광막(3)은, 150Å의 막두께를 갖는 MoSi막이다. 위상 시프트막(5)은, 예를 들면 1700Å의 막두께를 갖는, 굴절율 2.09의 실리콘 질화막이다. 차광막(7)은, 예를 들면 산화 크롬(CrOx)막(7a)과 크롬(Cr)막(7b)과 산화 크롬막(7c)의 3 층 적층 구조로 되어 있다. 산화 크롬막(7a), 크롬막(7b) 및 산화 크롬막(7c)은, 각각 300Å, 700Å, 300Å의 막두께를 갖고 있다. 또한, 투명 기판은 예를 들면 석영으로 되어 있으며, 그 투명 기판(1)에 마련되는 홈(1a)의 깊이는 예를 들면 4150Å이다.
홀 패턴 형성 영역에서는, 이것의 제 1∼제 4 광투과 영역과 차광 영역이, 거의 정방형의 평면 형상을 가지며, 매트릭스(matrix) 형상으로 배치되어 있다.
보다 구체적으로는, 평면 형상이 거의 사각형의 제 1 및 제 2 영역 R1, R2를 규정한 경우, 제 1 영역 R1의 네 귀퉁이에는 4 개의 서로 분리된 차광 영역 S가 배치되어 있으며, 이것의 차광 영역 S 사이에 있는 영역에는 제 2 광투과 영역 Ta2가 각각 배치되어 있다. 또한 이 제 1 영역 R1의 거의 중심부에는, 제 1 광투과 영역 Ta1이 제 2 광투과 영역 Ta2에 접해 있으며, 그 사방을 둘러싸도록 배치되어 있다.
또한, 제 2 영역 R2에서는, 그 네 귀퉁이에 4 개의 서로 분리된 차광 영역 S가 배치되어 있으며, 이 차광 영역 S사이에 있는 영역에는 제 4 광투과 영역 Tn2가 각각 배치되어 있다. 또한, 이 제 2 영역 R2의 중심부에는, 제 3 광투과 영역 Tn1이 제 4 광투과 영역 Tn2에 접해 있으며, 그 사방을 둘러싸도록 배치되어 있다.
이 제 1 및 제 2 광투과 영역 R1, R2는, 하나의 차광 영역 S를 공유하고 있다.
또한, 인접한 제 1 영역 R1간의 영역에는, 2 개의 제 4 영역 Tn2가 차광 영역 S를 사이에 두도록 배치되어 있다. 또한 인접한 제 2 영역 R2간의 영역에는, 2 개의 제 2 광투과 영역 Ta2가 차광 영역 S를 사이에 두도록 배치되어 있다.
또한, 라인/스페이스 패턴 형성 영역에는, 제 1 광투과 영역 Ta1과 제 3 광투과 영역 Tn1이, 차광 영역 S를 사이에 두고 도면에서 화살표 Y 방향으로 병렬로 연장되도록 배치되어 있다.
다음에, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.
도 4는, 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4a는, 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도이며, 도 4b, c 및 d는, 도 4a의 C-C 선, D-D선 및 E-E선에 따른 웨이퍼상의 광강도를 나타내는 도면이다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 제 1 광투과 영역 Ta1에는, 노광광의 강도가 실질적으로 감쇠되는 것이 아니라 노광광이 투과되기 때문에, 웨이퍼상의 광강도는 매우 높게 된다. 또한, 제 2 광투과 영역 Ta2에서는, 노광광의 강도는 감쇠되기 때문에, 웨이퍼상의 광강도는 제 1 광투과 영역 Ta1보다도 낮게 된다. 또한, 차광 영역 S에서는, 노광광의 투과는 차단되기 때문에, 웨이퍼상의 광강도는 실질적으로 0으로 된다.
도 4a와 도 4c를 참조하면, 제 3 광투과 영역 Tn1에는, 노광광의 강도가 실질적으로 감쇠되는 것이 아니라 노광광이 투과되기 때문에, 웨이퍼상의 광강도는 제 1 광투과 영역 Ta1과 실질적으로 동일하게 되며, 매우 높게 된다. 또한, 제 4 광투과 영역 Tn2에서는, 노광광의 강도는 감쇠되기 때문에, 웨이퍼상의 광강도는 제 3 광투과 영역 Tn1보다도 낮게 되며, 제 2 광투과 영역 Ta2와 실질적으로 동일하게 된다. 또한, 차광 영역 S에는, 전술한 바와 같이 웨이퍼상의 광강도는 0으로 된다.
도 4a와 도 4d를 참조하면, 제 2 및 제 4 광투과 영역 Ta2, Tn2를 투과하는 노광광의 강도는, 전술한 바와 같이, 제 1 및 제 3 광투과 영역 Ta1, Tn1보다도 낮게 된다. 또한, 차광 영역 S에서는, 전술한 바와 같이 웨이퍼상의 광강도는 실질적으로 0으로 된다.
전술한 바에 따라, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 웨이퍼상의 광강도의 평면적 분포는 도 5에 도시된 바와 같이 된다.
도 5를 참조하면, 도면에서 검은 부분은 광강도가 낮은 영역을 나타내고 있으며, 흰색 부분은 광강도가 높은 영역을 나타내고 있다. 그리고, 도 5에서의 C-C선과 D-D선과 E-E선의 각각은, 도 4a에서의 C-C선과 D-D선과 E-E선에 대응하고 있다.
이와 같은 노광 처리가 시행된 후, 통상의 현상 처리를 행하므로써, 포지티브형 포토 레지스트의 경우, 밝은 부분(도 5에서의 흰색 영역)의 포토 레지스트가 용해 제거되며, 홀 패턴이 형성된다.
도 4에 도시된 본 실시예의 위상 시프트 마스크에 의해 획득되는 웨이퍼상의 광강도의 평면적 분포는, 도 30에 도시된 간섭 노광에 의한 웨이퍼상의 광강도의 평면적 분포와 실질적으로 동일한 것으로 판명된다. 즉, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용하므로써, 1 개의 위상 시프트 마스크로, 간섭 노광을 행한 경우와 실질적으로 동일한 노광광의 강도의 평면적 분포가 획득된다.
다음에, 본 실시예의 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 6∼도 11과 도 12∼도 17은, 본 발명의 일실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크의 홀 패턴 형성 영역과 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 제조 방법을 공정 순으로 나타내는 개략 단면도이다.
우선, 도 6과 도 12를 참조하면, 예를 들면 석영으로 이루어지는 투명 기판(1)의 표면상에, 반차광막(3)과 위상 시프트막(5)과 차광막(7)이 순차 형성되며, 블랭크가 형성된다.
반차광막(3)은 예를 들면 스퍼터링(sputtering)에 의해 형성되며, 150Å의 막두께의 MoSi막으로 이루어진다. 또한, 위상 시프트막(5)은, 예를 들면 감압 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 형성되며, 1700Å의 막두께를 갖는 실리콘 질화막으로 이루어 진다. 또한 차광막(7)은 산화 크롬막(7a)(막두께 300Å)과 크롬막(7b)(막두께 700Å)과 산화 크롬막(7c)(막두께 300Å)의 3 층 적층 구조에 의해 형성된다.
이 차광막(7)상에, 전자 빔(EB) 레지스트(121a)가 도포된다. 이 후, 이EB 레지스트(21a)가, 전자 빔(EB) 묘화 등에 의해 소망의 형상으로 패터닝된다.
도 7과 도 13을 참조하면, 이에 따라, 홀 패턴 형성 영역에서는 제 4 광투과 영역 Tn2와 차광 영역 S에, 또한 라인/스페이스 패턴 형성 영역에서는 차광 영역 S에 레지스트 패턴(21a)이 잔존한다. 이 레지스트 패턴(21a)을 마스크로 하여, 우선 차광막(7)이 습식 에칭에 의해 제거된다. 이 후, 차광막(7)의 패턴에 대해, 결함의 검사 및 수정이 행해진다. 그리고, 레지스트 패턴(21a)을 마스크로 한채, 실리콘 질화막으로 이루어지는 위상 시프트막(5)에, CF4/O2에 의한 리액티브 이온 에칭(RIE)이 실행된다.
도 8과 도 14를 참조하면, 이에 따라, 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역 Ta1, Ta2, Tn1에 있어서 반차광막(3)의 표면이 노출된다. 이 후, 레지스트 패턴(21a)이 제거된다.
차광막(7)은, 위상 시프트막(5)의 에칭에 대해 내(耐)에칭성을 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 위상 시프트막(5)의 에칭시에는, 통상 차광막(7)의 일부 표면이 레지스트 패턴(21b)으로부터 노출되며, 이 노출 부분의 차광막(7)이 위상 시프트막(5)의 에칭시에 에칭되어 버리면 정확한 형상으로 차광막(7) 및 위상 시프트막(5)을 형성할 수 없기 때문이다.
도 9와 도 15를 참조하면, EB 레지스트(21b)가 도포된 후, EB 묘화 등에 의해 소정의 형상으로 패터닝된다. 따라서, 제 3 광투과 영역 Tn1이 적어도 노출되도록 레지스트 패턴(21b)이 형성된다. 이 레지스트 패턴(21b)을 마스크로 하여, 우선 MoSi막으로 이루어지는 반차광막(3)에 CF4/O2에 의해 RIE가 시행되며, 투명 기판(1)의 표면이 노출된다. 이 후, 또한, 노출된 투명 기판(1)의 표면에 CHF3/CO2/Ar에 의한 RIE를 시행하므로써, 투명 기판(1)에 홈(1a)이 형성된다. 이 후, 레지스트 패턴(21b)이 제거된다.
이 반차광막(3)과 투명 기판(1)의 에칭에 대해, 차광막(7)이 내에칭성을 갖는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이 반차광막(3) 등의 에칭시에는, 레지스트 패턴(21b)으로부터 차광막(7)의 일부 표면이 노출되기 때문에, 차광막(7)이 반차광막(3) 등의 에칭에 대해 내에칭성을 갖고 있지 않으면 차광막(7) 등을 소망의 형상으로 형성할 수 없게 되기 때문이다.
도 10과 도 16을 참조하면, EB 레지스트(21c)가 도포된 후, EB 묘화 등에 의해 소정의 형상으로 패터닝된다. 따라서, 제 1 광투과 영역 Ta1이 노출되도록 레지스트 패턴(21c)이 형성된다. 이 레지스트 패턴(21c)을 마스크로 하여 CF4/O2에 의한 RIE를 시행하므로써, 반차광막(3)이 제거되며, 투명 기판(1)의 표면이 노출된다. 이 후, 레지스트 패턴(21c)이 제거된다.
이 후, 도 11과 도 17을 참조하면, EB 레지스트(21d)가 도포된 후, EB 묘화 등에 의해 소정의 형상으로 패터닝된다. 따라서, 제 4 광투과 영역 Tn2가 노출되도록 레지스트 패턴(21d)이 형성된다. 이 레지스트 패턴(21d)을 마스크로 하여 습식 에칭하므로써, 위상 시프트막(5)의 표면이 노출될 때까지 차광막(7)이 제거된다. 그리고 차광막(7)의 패턴에 대해, 결함의 검사 및 수정이 행해진다. 이 후, 레지스트 패턴(21d)이 제거되므로써, 도 1∼도 3에 도시된 본 실시예의 위상 시프트 마스크가 완성된다.
다음에, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용한 경우의 디포커스에 대한 노광광의 강도의 저하에 대해 시뮬레이션을 행하였다. 이하, 그 시뮬레이션의 방법 및 결과에 대해 설명한다.
우선, 본 실시예의 위상 시프트 마스크로서, 도 1에 있어서 제 1∼제 4의 광투과 영역과 차광 영역의 각 평면 형상의 종횡의 길이 L1, L2를 각각 0.14 ㎛로 한 것을 사용하였다.
또한 비교 시료로서, 도 18에 도시된 바와 같이 본 실시예의 위상 시프트 마스크(도 1)의 구성으로부터 감쇠 투과 영역(제 2 및 제 4 광투과 영역 Ta2, Tn2)을 제거하고, 제 1 및 제 3 광투과 영역 Ta1, Tn1을 교대로 규칙하게 배치한 것을 사용하였다. 이 시료에 있어서는, 제 1 및 제 3 광투과 영역 Ta1, Tn1의 종횡의 길이 L3을 0.2 ㎛로 하고, 제 1 및 제 3 광투과 영역 Ta1, Tn1의 사이의 길이 L4를 0.2 ㎛로 하였다.
전술한 바에서 알수 있듯이 양(兩)시료의 각 크기는, 양시료를 사용하여 형성되는 홀 패턴의 간격이 약 0.2㎛로 되도록 설정되어 있다.
이것의 양위상 시프트 마스크를 사용하여, 져스트 포커스(just focus)일 때와 1.0 ㎛의 디포커스일 때의 쌍방에 대해서 홀 패턴의 광학상을 조정하였다. 노광의 조건으로서 개구수 NA를 0.55로 하고, 코히어런시 σ를 0.2로 하며, 노광광을 KrF광으로 하였다. 그 결과를 도 19∼도 22에 도시한다.
도 19와 도 20은, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용하여 져스트 포커스로했을 때와 1.0 ㎛의 디포커스로 하였을 때의 포토 레지스트상에서의 광학 형상을 나타내는 도면이다. 도 19와 도 20으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용하여 져스트 포커스(Z=0 ㎛)로 했을 때의 피크 강도는 최고 0.8이었다. 이에 대해, 1.0 ㎛의 디포커스(Z=1.0 ㎛)로 했을 때의 피크 강도는 최고 0.6 이었다. 이 결과에 의해, 본 실시예의 위상 시프트 마스크에는, 1.0 ㎛의 디포커스로 하면, 져스트 포커스일 때와 비교하여 피크 강도가 약 75%로 저하되는 것으로 판명된다.
도 21과 도 22는, 도 18에 도시된 위상 시프트 마스크를 사용하여 져스트 포커스로 했을 때와 1.0 ㎛의 디포커스로 했을 때의 포토 레지스트상에서의 광학 형상을 나타내는 도면이다.
도 21과 도 22로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 18에 도시되는 위상 시프트 마스크를 사용하여, 져스트 포커스(Z=0 ㎛)로 했을 때의 노광광의 피크 강도는 최고 0.7이었다. 이에 대해, 1.0 ㎛의 디포커스(Z=1.0 ㎛)로 했을 때의 노광광의 피크 강도는 최고 0.35이었다. 이 결과에 의해, 도 18에 도시되는 위상 시프트 마스크에는, 1.0 ㎛의 디포커스로 하면, 져스트 포커스일 때와 비교하여, 노광광의 피크 강도가 약 50% 저하되는 것으로 판명된다.
전술한 시뮬레이션의 결과에 의해, 본 실시예의 위상 시프트 마스크쪽이, 도 18에 도시되는 위상 시프트 마스크보다도, 디포커스에 대한 노광광의 피크 강도의 저하가 상대적으로 저하되는 것으로 판명되었다. 즉, 본 실시예의 위상 시프트 마스크와 같이, 노광광의 강도를 감쇠시키는 감쇠 투과 영역(제 2 및 제 4 광투과 영역 Ta2, Tn2)을 마련하므로써, 디포커스에 대한 광강도의 저하를 상대적으로 적게 할 수 있는 것으로 판명되었다.
도 19∼도 22에 있어서, 도면에서의 실선은 노광광의 광강도의 등고선을 나타내고 있으며, 그 등고선에 도시된 수치는 노광광의 강도를 나타내고 있다.
또한, 도 19, 20과 도 21, 22에서 광학 형상의 스케일이 상이하지만, 단순히 스케일이 상이할뿐이며, 축소 배율 등의 노광 조건은 전술한 이외는 모두 동일하다.
본 실시예의 위상 시프트 마스크에는, 도 1∼도 3에 도시된 바와 같이 서로 위상 혹은 투과광의 강도가 상이한 제 1∼제 4 광투과 영역 Ta1, Ta2, Tn1, Tn2가 마련되어 있다. 이 제 1∼제 4 광투과 영역을 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 평면적으로 적절하게 배치하므로써, 도 30에 도시된 바와 같이 간섭 노광을 사용한 종래예와 실질적으로 동일한 노광광의 분포 상태(도 4)를 획득할 수 있다. 따라서, 1 개의 위상 시프트 마스크만으로, 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
또한, 1 개의 위상 시프트 마스크의 형상만을 포토 레지스트에 노광하면 좋기 때문에, 도 26에 도시된 종래예와 같이 노광 장치의 구성을 복잡하게 할 필요가 없다. 따라서, 간단한 구성의 노광 장치로 포지티브형의 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이, 본 실시예의 위상 시프트 마스크에는, 제 2 및 제 4 광투과 영역 Ta2, Tn2와 같은 감쇠 투과 영역이 마련되어 있다. 따라서, 감쇠 투과 영역이 없는 위상 시프트 마스크(도 18)와 비교하여, 디포커스에 대한 노광광의 강도의 저하를 상대적으로 작게할 수 있다.
또한, 서로 위상 혹은 투과광의 강도가 상이한 제 1∼제 4 광투과 영역 Ta1, Ta2, Tn1, Tn2가 마련되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 홀 패턴 형성 영역과 라인/스페이스 패턴 형성 영역의 쌍방을 형성할 수 있으며, 이 쌍방에 있어서, 높은 해상도에서 패턴을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 간단한 하프톤형의 위상 시프트 마스크에 비해, 각종 형상의 패턴에 적용될 수 있는 이점도 있다.
또한, 본 실시예의 위상 시프트 마스크의 제조 방법에서는, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이 패터닝된 반차광막(3)을 마스크로 하여 에칭하므로써 투명 기판(1)에 홈(1a)이 형성된다. 즉, 반차광막(3) 등을 패터닝한 후에 밑바닥의 시프터 패턴이 형성된다. 따라서, 밑바닥의 시프터 패턴을 형성한 후에, 이 밑바닥의 시프터 패턴에 합해져 반차광막(3)을 패터닝할 필요가 없다. 따라서, 반차광막(3) 등의 패터닝시에 밑바닥의 시프터 패턴에 합쳐지기 위한 고정밀도의 정렬이 불필요하게 된다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 투명 기판(1)의 표면상에 반차광막(3)과 위상 시프트막(5)과 차광막(7)이 순차 형성되어 블랭크가 형성된다. 이와 같이 블랭크가 형성된 후는, 포토 레지스트 이외의 막은 형성되지 않는다. 따라서, 블랭크의 막 혹은 투명 기판(1)을 패터닝한 후에, 새로이 성막을 행하므로써 막의 결함의 발생이 방지된다. 따라서, 결함이 적은 위상 시프트 마스크를 제조하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에는, 1 개의 마스크로, 간단한 구성의 노광 장치를 사용하여 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
전술한 실시예에 있어서의 각부의 재질 및 크기에 대해서는 이것에 한정되는 것이 아니라, 이하의 (1)∼(5)의 재질 및 크기이어도 좋다.
(1) 예를 들면, 전술한 실시예와 마찬가지로, i선을 사용한 경우에도, 위상 시프트막(5)에 실리콘 질화막 대신에 실리콘 산화막이 사용되어도 좋다. 이 경우, 실리콘 산화막의 굴절율은 1.45이며, 그 막두께는 4150Å이고, 플라즈마(plasma) CVD법에 의해 형성된다. 이것 이외의 재질, 막두께 및 제조 방법에 대해서는 전술한 실시예와 동일하다.
(2) 또한, i선을 사용하는 경우에, 반차광막(3)에 MoSi막 대신에 스퍼터링에 의해 형성된 100Å의 막두께의 크롬막이 사용되어도 좋다. 이것 이외의 재질, 막두께 및 제조 방법에 대해서는 전술한 실시예 혹은 상기 (1)과 동일하다.
(3) 또한, i선 대신에 KrF 광이 사용되어도 좋다. 이 경우, 위상 시프트막(5)이 플라즈마 CVD법에 의해 형성된 2500 Å의 막두께를 갖는 굴절율 1.50의 실리콘 질화막이어도 좋다. 또한, 반차광막(3)은 스퍼터링에 의해 형성된 70 Å의 막두께를 갖는 크롬막이어도 좋다. 또한, 도 1에 있어서의 홈(1a)의 깊이는 2500 Å이다. 또한, 차광막(7)은, 300 Å의 막두께의 산화 크롬막(7a)과 700 Å의 막두께의 크롬막(7b)과, 300 Å의 막두께의 산화 크롬(7c)의 3 층 적층 구조에 의해 이루어져도 좋다.
(4) 또한, KrF 광을 사용하는 경우에, 위상 시프트막(5)에 실리콘 산화막 대신에 실리콘 질화막이 사용되어도 좋다. 이 경우, 실리콘 질화막의 굴절율은 2.27이며, 그 막두께는 1000 Å이고, 감압열 CVD법에 의해 형성된다. 이것 이외의 재질, 막두께 및 제조 방법에 대해서는 상기 (4)와 동일하다.
(5) 또한, KrF 광을 사용하는 경우에도, 반차광막(3)에 크롬막 대신에 100 Å의 막두께의 MoSi막이 사용되어도 좋다. 이것 이외의 재질, 막두께 및 제조 방법에 대해서는, 상기 (3) 혹은 (4)와 동일하다.
금회 개시된 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아닌것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명에서가 아니라, 특허 청구의 범위에 의해 나타나며, 특허 청구의 범위와 동등한 의미 및 범위내에서 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명의 위상 시프트 마스크에서는, 서로 위상 혹은 투과광의 강도가 상이한 제 1∼제 4 광투과 영역을 적절히 배치하므로써, 종래예와 동일한 노광광의 분포 상태를 작성할 수 있다. 따라서, 1 개의 위상 시프트 마스크만으로, 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다. 또한, 1 개의 위상 시프트 마스크의 상만을 포토 레지스트에 노광하면 좋기 때문에, 종래예와 같이 노광 장치의 구성을 복잡하게 할 필요가 없다. 따라서, 간단한 구성의 노광 장치에서 포지티브형의 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법에서는, 패터닝된 반차광막 등을 마스크로 하여 에칭을 행하므로써 기판에 홈이 형성된다. 즉, 반차광막을 패터닝한 후에 밑바닥의 시프터 패턴이 형성된다. 따라서, 밑바닥의 시프터 패턴을 형성한 후에, 이 밑바닥의 시프터 패턴에 합해져 반차광막 등을 패터닝할 필요가 없다. 따라서, 반차광막 등의 패터닝시에 밑바닥의 시프터 패턴에 합해지기 위한 높은 정밀도의 정렬이 불필요하게 된다.
또한, 기판의 주표면상에 반차광막과 위상 시프트막과 차광막이 순차 형성되어 블랭크가 형성된다. 이와 같이 블랭크를 형성한 후는, 포토 레지스트 이외의 막을 형성할 필요가 없다. 따라서, 블랭크의 막 혹은 기판을 패터닝한 후에 새로이 성막을 행하는 것에 의한 막의 결함의 발생이 방지된다. 따라서, 결함이 적은 위상 시프트 마스크를 작성하는 것이 가능하다.
본 발명의 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법에서는, 1 개의 마스크에서, 간단한 구성의 노광 장치를 사용하여 포지티브형 포토 레지스트에 미세한 피치로 홀 패턴을 정밀도가 높게 형성할 수 있다.
Claims (3)
- 노광광을 투과하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역과 노광광의 투과를 차단하는 차광 영역을 가지며, 상기 제 3 광투과 영역이 상기 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 노광광을 투과하도록 상기 제 3 광투과 영역의 주표면에 홈을 갖는 기판과,상기 제 2 및 제 4 광투과 영역을 덮으며, 상기 제 1 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 상기 기판의 주표면상에 형성되며, 노광광의 강도를 감쇠시키는 반차광막과,상기 제 4 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상이 상기 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 되도록, 상기 제 3 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 실질적으로 동일한 위상으로 되도록 상기 제 4 광투과 영역을 덮고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 상기 기판의 주표면상에 형성된 위상 시프트막과,상기 차광 영역을 덮으며, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역을 노출하도록 상기 기판의 주표면상에 형성된 차광막을 포함하는 위상 시프트 마스크.
- 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역과 차광 영역을 갖는 기판의 주표면상에, 노광광의 강도를 감쇠시키는 반차광막과, 노광광의 위상을 변화시키는 위상 시프트막과, 노광광의 투과를 차단하는 차광막을 순차 형성하는 공정과,상기 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역에 있어서 상기 차광막과 상기 위상 시프트막을 순차 제거하여 상기 반차광막의 표면을 노출시키는 공정과,상기 제 1 및 제 3 광투과 영역에 있어서 상기 반차광막을 제거하여 상기 기판의 주표면을 노출시키는 공정과,상기 제 3 광투과 영역에 있어서 상기 기판의 주표면에 홈을 형성하는 공정과,상기 제 1 광투과 영역에 있어서 상기 반차광막을 제거하여 상기 기판의 주표면을 노출시키는 공정과,상기 제 4 광투과 영역에 있어서 상기 차광막을 제거하여 상기 위상 시프트막의 표면을 노출시키는 공정을 포함하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
- 웨이퍼에 도포된 포토 레지스트의 소정 영역에 위상 시프트 마스크를 사용하여 노광을 행하는 패턴 형성 방법에 있어서,상기 위상 시프트 마스크는,노광광을 투과하는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 광투과 영역과 노광광의 투과를 차단하는 차광 영역을 가지며, 상기 제 3 광투과 영역이 상기 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 노광광을 투과하도록 상기 제 3 광투과 영역의 주표면에 홈을 갖는 기판과,상기 제 2 및 제 4 광투과 영역을 덮으며, 상기 제 1 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 상기 기판의 주표면상에 형성되며, 노광광의 강도를 감쇠시키는 반차광막과,상기 제 4 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상이 상기 제 1 및 제 2 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 상이한 위상으로 되도록, 상기 제 3 광투과 영역을 투과하는 노광광의 위상과 실질적으로 동일한 위상으로 되도록 상기 제 4 광투과 영역을 덮으며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 광투과 영역을 노출하도록 상기 기판의 주표면상에 형성된 위상 시프트막과,상기 차광 영역을 덮고 상기 제 1, 제 2 제 3 및 제 4 광투과 영역을 노출하도록 상기 기판의 주표면상에 형성된 차광막을 포함하고 있으며,상기 포토 레지스트는 포지티브형 포토 레지스트이고, 상기 포토 레지스트를 현상하므로써 상기 포토 레지스트 표면의 상기 위상 시프트 마스크의 상기 제 1 및 제 3 광투과 영역이 조사된 영역에 홀 패턴을 형성하는 위상 시프트 마스크를 사용한 패턴 형성 방법.
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