KR19980032147A

KR19980032147A - 위상 시프트 마스크를 사용한 투영 노광방법

Info

Publication number: KR19980032147A
Application number: KR1019970023136A
Authority: KR
Inventors: 나카오슈지
Original assignee: 기다오까다까시; 미쓰비시뎅끼가부시끼가이샤
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 1998-07-25
Also published as: DE19712281A1; JPH10115932A

Abstract

투영 노광장치 및 방법에 있어서, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 포함하는 마스크의 마스크 패턴은 축소 투영장치를 통해서 노출된 물체에 전사된다.

먼저, 마스크에는 노출 광이 조사된다.

그래서, 상기 마스크로부터의 0차 회절광은 축소 투영장치 내의 동공면 상의 동공필터에 의해 차광된다

상기 동공면으로부터의 노출광은 노출된 물체 상에 축소된 마스크 패턴의 상을 형성하도록 집광된다.

그에 의해, 광학상의 0차 광빔의 영향이 사실상 완전히 제거되어, 매우 정확한 노광을 달성할 수 있다.

Description

위상 시프트 마스크를 사용한 투영 노광방법

본 발명은, 반도체 집적 회로 장치의 제조과정에서 미세한 패턴을 형성하는 마스크를 사용한 노광 과정에서, 마스크를 제작하는 경우에 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴(Levenson phase-shift mask pattern)을 포함한 마스크에서 생성된 마스크 오차의 영향을 억제하여, 정확한 노광(전사)을 달성하는 노광방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 장치의 고집적화에 따라, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 회로 패턴의 미세화가 급속히 진행되어 왔다.

잘 알려진 기본 패턴 형성 기술인 포토리쏘그래피는 고집적화를 달성하는 주요 기술 중 하나이다.

이 포토리쏘그래피는, 반도체 웨이퍼 상의 기능막 위에 형성된 포토레지스트막에, 마스크 상에 형성된 패턴의 상을 전사하고, 상기 패턴으로 포토레지스트막을 현상하며, 에칭 마스크로서 패턴된 포토레지스트막을 사용하여 기능막을 에칭한다.

포토레지스트막은 마스크 상이 포토레지스트막에 전사된 후에 현상 처리를 한다.

포토레지스트막이 네가티브형 포토레지스트막일 때, 노출된 포토레지스트막이 현상 처리된 경우에 노출 광에 노출된 포토레지스트막의 일부는 패턴을 형성한다.

포토레지스트막이 포지티브 포토레지스트막일 때, 노출된 포토레지스트막이 현상 처리된 경우에 노출 광에 노출되지 않은 포토레지스트막의 일부도 패턴을 형성한다.

포토리쏘그래피에 사용된 종래의 노광방법에 관해서 설명한다.

도 14는, 종래의 노광장치의 개략적인 사시도이다.

도 14에 있어서 101은 광원, (도 14에서 소정의 조리개를 통해 발광 장치에 의해 방사된 광선을 차광함으로써 형성된 2차 광원), 102는 콘덴서 렌즈, 103은 임의의 패턴을 가진 마스크, 104는 축소 투영 렌즈 장치, 105는 축소 투영 렌즈(104) 내에 형성된 동공면(pupil plane), 106은 표면에 포토레지스트막이 도포된 반도체 웨이퍼(106)이다.

이 도 14의 노광장치를 사용한 노광방법에 관해서는, 다음에 설명한다.

우선, 광원(101)으로부터 발생한 노출광은, 콘덴서 렌즈(102)를 통해 마스크(103)에 조사된다.

다음에, 마스크(103)를 투과한 노출광은, 축소 투영 렌즈 장치(104)내에 입사하여, 상기 렌즈 장치(104)에 의해 형성된다.

마스크(103)의 상은 노출광에 의해 동공면 상에 소정의 배율로 축소되어 형성되고, 반도체 웨이퍼(106) 상에 형성된 포토레지스트막은 노출광에 노출되어 포토레지스트막 상에 축소된 마스크의 상을 형성한다.

포토레지스트막에 선폭 0.5㎛정도의 패턴을 형성하면, 노출광으로서 파장 365 nm의 i-선을 사용하는 것이 일반적이다.

노광 광학계의 한계 해상도(limit resolution: R) 및 초점심도(depth of focus: DOF)는, 일반적으로 다음 식으로 표현된다.

R = k1λ/ (NA)

DOF = k2λ/(NA)2

단, λ는 노출광의 파장, NA는 투영 렌즈의 개구수(numerical aperature: NA), k1, k2는 프로세스에 분명히 나타나는 정수이다.

일반적으로, k1은 0.6, k2는 0.5정도이다.

한계 해상도(R)가 k1과 λ을 작게 하고, 개구수(NA)를 크게 함으로써 향상된다는 것을 이들 식으로부터 알 수 있다.

그러나, 광원(11)으로서 단파장의 빛을 방사하는 광원을 사용하고 개구수(NA)를 증가시키는 것에 의해, 초점심도(DOF)가 상당히 작게 되고, 해상도가 저하할 수 있다고 하는 문제점이 있다.

그래서, 광원 및 렌즈의 개량에 의해서, 한계 해상도(R)를 향상시키는 대신에, 마스크 구조를 개량함으로써, 해상도를 향상시킬 수도 있다.

최근, 상당히 주목되었던 마스크는, 위상 시프트 마스크이다.

통상 마스크{2값 마스크(binary mask)}와 대비시켜서, 위상 시프트 마스크의 일종인 레벤손형 위상 시프트 마스크에 관해서 설명한다.

도 15a, 도 15b, 도 15c는, 통상 마스크(ordinary mask)(103a)의 단면도, 이 마스크(103a) 상의 전장 강도의 분포도 및 반도체 웨이퍼(1) 상의 광강도의 분포도이다.

도 15a의 마스크(103a)는 유리 기판(107)과, 유리 기판의 하부면에 형성된 금속 마스크 패턴(108)을 갖는다.

마스크(103a) 상에 생성된 전장은, 금속 마스크 패턴(108)이 형성된 영역과, 패턴이 형성되어 있지 않은 영역에 대응하는 공간적으로 펄스 변조된 분포를 갖는다.

그러나, 도 15c에 나타낸 바와 같이, 금속 마스크 패턴(108)이 미세하면, 노출광은 회절되어, 금속 마스크 패턴(108) 뒤의 비노광 영역에 도달하고, 상기 노출광은 노광영역 및 비노광 영역에서 균일한 강도 분포로 분포된다.

따라서, 해상도가 저하하여, 포토레지스트막 상에 미세한 패턴을 인쇄하는 것은 곤란하다.

또한, 상기 통상 마스크(2값 마스크)(103a)를 사용한 노광의 경우는, 마스크(103a) 상의 회절각(θ)에서 회절하는 ± 1차 회절 광빔(이후, 간단히 ± 1차 광빔이라고 한다)과, 0차 회절 광빔(이하, 간단히 0차 광빔이라고 한다)의 3개의 광빔은 상을 형성한다.

빔의 초점이 흐려지면, 초점면에서 초점이 이탈함에 따라 상이 희미해져서, 정확한 노광이 곤란하다.

위상 시프트 마스크의 일종인 레벤손형 위상 시프트 마스크에 관해서 설명한다.

도 16a, 도 16b, 도 16c는, 각각 레벤손형 위상 시프트 마스크(103b)의 단면도, 이 위상 시프트 마스크(103b) 상의 전장강도의 분포도, 광강도의 분포도이다.

도 16a에 나타낸 레벤손형 위상 시프트 마스크(103b)는, 도 15a에 나타낸 통상 마스크에 위상 시프터(109)를 부가함으로써 형성된다.

레벤손형 위상 시프트 마스크(103b) 상에는, 위상 시프터(109)를 가진 패턴 성분과, 어떠한 위상 시프터(109)도 갖고 있지 않은 패턴 성분이 교대로 배치된다.

위상 시프터(109)는, 방사된 빛의 위상을 180°만큼 변환한다.

이 레벤손형 위상 시프트 마스크(103b) 상의 인접한 노광영역 사이의 대체영역의 전장의 위상은 서로 반대의 위상이다.

그러므로, 간섭효과에 의해, 광빔이 서로 겹쳐지는 영역, 즉 패턴성분들 사이의 공간에 대응하는 영역에서 광빔이 서로 상쇄된다.

따라서, 웨이퍼 상의 광강도의 분포는 레벤손형 위상 시프트 마스크(103b) 상의 인접한 패턴 성분들 사이의 영역에 정확히 대응하는 뾰족한 광강도의 피크를 갖고, 노광영역과 비노광영역 사이의 광강도의 차를 충분히 크게 할 수 있음으로, 미세한 패턴을 고해상도로 웨이퍼 상에 인쇄할 수 있다.

상기의 통상 마스크(103a)를 사용한 경우에, 0차 광빔 및 ± 1차 광빔의 3개의 광빔에 의해 상이 형성된다.

상기 레벤손형 위상 시프트 마스크(103b)가 사용된 경우에, 통상 마스크(103a)에 의해 광빔이 회절되는 회절각(θ)보다 작은 각도로 광빔이 회절되고, 2개의 광빔, 즉 ±1차 광빔에 의해 상이 형성된다.

이론적으로, 상기 레벤손형 위상 시프트 마스크가 정확히 형성되면, 어떠한 0차 광빔도 나타나지 않는다.

따라서, 초점면에 대하여 높이방향으로 초점이 변화되어도, 레벤손형 위상 시프트 마스크(103b)를 사용함으로써 형성된 상은 변화하지 않고, 정확한 노광이 달성된다.

이 때문에, 반도체 소자의 미세화에 따라, 레벤손형 위상 시프트 마스크의 중요성이 증가한다는 것을 알 수 있다.

원리적으로, 레벤손형 위상 시프트 마스크가 노광을 위해 사용된 경우, 매우 미세한 가공이 가능하다.

그러나, 마스크를 제작하는 경우에 생성된 가공오차 때문에, 다음과 같은 문제가 생긴다.

레벤손형 위상 시프트 마스크의 오차는 마스크의 인접한 개구부를 투과한 광빔 사이의 위상차가, 정확히 180°로 되지 않은 위상오차와, 마스크의 인접한 개구부를 투과한 광빔의 각 강도가 서로 정확히 같지 않은 강도오차를 포함한다.

반도체 기판(106)의 표면을 덮는 레지스트막 상에 마스크 패턴을 인쇄하는 경우에, 이들 마스크 오차는, 위상 시프터를 투과한 광빔에 의해 형성된 패턴과, 통상적인 위상 시프터를 투과하지 않은 광빔에 의해 형성된 패턴의 크기가, 서로 정확히 같지 않아야 하고, 정확한 인쇄를 달성할 수 없다고 하는 문제를 일으킨다.

이러한 위상오차 및 투과된 광빔의 강도오차 때문에 패턴 형성하는데 있어서, 소자의 미세화가 진행할 수록 정확도의 열화가 더 심각해진다.

이러한 마스크 오차에 관한 참고 문헌으로서, J. J. A. P., Vol. 33, PP. 6816-6822, Proc. SPIE, Vol. 1674, p. 264, J. J. A. P., Vol. 34, PP. 6578-6583 및 Proc. SPIE, Vol. 1927, P. 28 등을 들 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 어떤 경우에는 마스크 오차 때문에 레벤손형 위상 시스터 마스크를 사용하는 미세 가공에 의해서도 정확한 노광을 할 수 없다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 이하의 설명으로부터 더 분명해진다.

본 발명은, 레벤손형 위상 시프트 마스크가 레벤손형 위상 시프트 마스크를 제작하는 경우에 생긴 오차를 갖더라도, 레벤손형 위상 시프트 마스크를 사용하는 노광 과정에 의해 반도체 웨이퍼 상에 이상적인 형상의 패턴을 형성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하나의 관점에 따르면, 축소 투영 수단을 통해서 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 포함하는 마스크의 마스크 패턴을 노출된 물체에 전사하기 위해 투영 노광장치가 제공된다.

상기 투영 노광장치는 노출광을 마스크에 조사하는 조사수단을 구비한다.

필터수단은 마스크로부터 0차 회절광을 차단하기 위해 축소 투영 수단 내의 동공면 상에 배치된다.

집광수단은 노출된 물체 상에 축소된 마스크 패턴의 상을 형성하기 위해 동공면으로부터 노출광을 집광한다.

본 발명의 다른 관점의 투영 노광장치에 있어서, 필터수단은 0차 회절광을 완전히 차단하는 중앙 차광부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점의 투영 노광장치에 있어서, 필터 수단은 0차 회절광을 부분적으로 차단하는 크기로 축소된 중앙 차광부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점의 투영 노광장치에 있어서, 필터수단은 마스크로부터 ±2차 및 그것보다 고차의 회절광을 차단하는 주변 차광부를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점에 따른 투영 노광방법은 축소 투영 시스템을 통해서 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 포함하는 마스크의 마스크 패턴을 노출된 물체에 전사하기 위해 제공된다.

투영 노출 방법에 있어서, 마스크에는 노출광이 조사된다.

그 후, 마스크로부터의 0차 회절광은 축소 투영 시스템 내의 동공면 상의 동공필터에 의해 차단된다.

또한, 동공면으로부터의 노출광은 노출된 물체 상에 축소된 마스크 패턴의 상을 형성하도록 집광된다.

본 발명의 또 다른 관점의 투영 노광방법에 있어서, 0차 회절광은 동공필터의 차광부에 의해 완전히 차단된다.

본 발명의 또 다른 관점의 투영 노광방법에 있어서, 마스크는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴만 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점의 투영 노광방법에 있어서, 0차 회절광은 동공필터의 차광부에 의해 부분적으로 차단된다.

본 발명의 또 다른 관점의 투영 노광방법에 있어서, 마스크는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴과 통상 2값 마스크 패턴(ordinary binary mask pattern)을 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 투영 노광방법에 있어서, 0차 회절광은 축소된 동공필터의 차광부에 의해 부분적으로 차단된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 투영 노광방법에 있어서, 0차 회절광은 동공필터의 반투명한 차광부에 의해 부분적으로 차단된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 노광방법에 있어서, 마스크로부터의 ±2차 및 그것보다 고차의 회절광은 또한 축소 투영 시스템 내의 동공면 상의 동공필터에 의해서 차단된다.

본 발명의 또 다른 관점에 의한 투영 노광방법에 있어서, ±2차 및 그것보다 고차의 회절광은 또한 동공필터의 주변 차광부에 의해서도 차단된다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 장치를 제조하기 위한 축소 투영 노광장치의 구성을 나타내는 개략도,

도 2는 동공면 상의 투과 광빔의 강도 분포 및 마스크의 단면도,

도 3은 동공필터가 있는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴 또는 동공필터가 없는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 전사된 상을 나타내는 도면,

도 4a 및 도 4b는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴에 대한 초점 시프트를 가진 패턴의 크기 변화를 나타내는 도면,

도 5는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴에 대한 초점 시프트에 의존하는 패턴 크기(CD)를 나타내는 도면,

도 6a 내지 도 6f는 필터 직경의 변화에 따른 통상 2값 마스크 패턴의 전사된 상을 나타내는 도면,

도 7은 도 6a 내지 도 6f 및 도 8a 내지 도 8f에 나타낸 데이터를 계산하기 위해 사용된 비회절 광학상의 직경과 필터 직경 비의 관계를 나타내는 도면,

도 8a 내지 도 8f는 필터 직경의 변화에 의해 매우 미세한 패턴을 갖는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 광학상을 나타내는 도면,

도 9a 내지 도 9f는 동공필터의 투과율의 변화에 따른 통상 2값 마스크 패턴의 광학상을 나타내는 도면,

도 10은 도 9a 내지 도 9f의 상을 형성하기 위해 사용된 동공필터의 투과율을 나타내는 도면,

도 11a 내지 도 11f는 동공필터의 투과율의 변화에 따른 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 광학상을 나타내는 도면,

도 12a는 이상적인 노광에 의한 동공면 상의 통상 2값 마스크 패턴의 회절 패턴을 나타내는 도면,

도 12b는 이상적인 노광에 의한 동공면 상의 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 회절 패턴을 나타내는 도면,

도 13a 내지 도 13d는 동공 직경의 변화에 따른 레벤손형 위상 시프트 마스크의 광학상을 나타내는 도면,

도 14는 종래의 축소 투영 노광장치의 개략적인 사시도,

도 15a, 도 15b 및 도 15c는 통상 2값 마스크, 마스크에서의 전장의 강도 분포 및 반도체 웨이퍼 상의 광강도 분포를 각각 나타내는 단면도,

도 16a, 도 16b 및 도 16c는 레벤손형 위상 시프트 마스크, 마스크에서의 전장의 강도 분포 및 반도체 웨이퍼 상의 광강도 분포를 나타내는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 광원2 : 콘덴서 렌즈

3 : 마스크3a : 오차 마스크

3b : 이상 마스크3c : 통상 마스크

4 : 축소 투영 렌즈5 : 동공면

6 : 반도체 웨이퍼7 : 유리 기판

8 : 금속 마스크 패턴9 : 위상 시프터

10 : 동공필터

본 발명은 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명될 것이다.

제 1실시예

먼저, 본 발명의 제 1실시예의 원리에 관해서 설명한다.

도 1은, 반도체 장치의 제조에 사용되는 축소 투영 노광장치(이하, 간단히 노광장치라고 한다)의 개략도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 노광장치는 파장 λ= 248 nm 인 빛을 방사하는 KrF 엑시머 레이저를 사용한 광원(1)(여기서, 광원이라는 것은 발광 장치에 의해 방사된 광빔을 소정의 조리개를 통해 차광함으로써 형성된 2차 광원을 말한다. )을 포함한다.

콘덴서 렌즈(2)는 광원(1)에 의해 방사된 광빔을 차광한다.

0.3㎛ 룰(rule)을 넘지 않는 미세한 패턴이 제공된 마스크(3)에는 콘덴서 렌즈(2)에 의해 집광된 광빔이 조명된다.

축소 투영 렌즈계(4)는 마스크(3)를 통해 전사된 광빔이 입사되는 마스크(3) 아래에 배치된다.

동공면(5)은 축소 투영 렌즈계(4) 내에 형성된다.

표면이 레지스트막으로 덮여진 반도체 웨이퍼(6)는 축소 투영 렌즈계(4) 아래에 위치된다.

동공면(5)에는, 마스크(3)를 투과한 비회절광인 0차 광빔을 차광하는 차광부(5a)가 형성되어 있다.

광원(1)에 의해 방사된 노출 광빔은 마스크(3)등을 통해서 소정의 배율로 확대되고, 반도체 웨이퍼(6)에 조사된다.

따라서, 반도체 웨이퍼(6)의 주표면 상에 도포된 레지스트막은 광빔에 노출된다.

도 2는 아래의 원리를 나타내는 도면이다.

마스크(3)의 제작과정시 마스크(3)에 오차가 발생하고, 마스크(3)가 도 1에 나타낸 노광장치 내에 삽입된다고 가정한다.

동공면(5) 상의 오차를 갖는 마스크의 투과 광빔의 강도분포는, 오차가 없는 이상적인 마스크를 통해서 방사된 광빔의 강도분포와 이상 마스크(ideal mask)의 2배의 피치패턴을 갖지만 어떠한 위상 시프터도 제공되지 않은 통상 2값 마스크를 투과한 광빔의 강도분포의 합이다.

동공면의 일부가 동공필터에 의해 차광되는 경우, 오차를 갖는 마스크가 노출을 위해 사용되는 경우에도 이상 마스크를 사용함으로써 형성된 것과 비슷한 상을 형성할 수 있다.

도 2에 있어서, 상단에는 노광에 사용하는 마스크를, 중단에는 각각의 마스크에 대응하는 동공면 상의 광강도를 나타낸다.

하단 좌측에는 오차 보정 후의 동공면의 광강도를, 하단 오른쪽에는 오차 보정을 위한 동공필터(10)를 나타낸다.

도 2에 있어서, 상단의 좌측에서 우측으로의 마스크는 레벤손형 위상 시프트 마스크(3a)(이후, 오차 마스크(3a)라고 칭한다.), 어떠한 오차도 없는 이상 레벤손형 위상 시프트 마스크(3b) 및 어떠한 위상 시프터도 제공되어 있지 않고 2배의 피치를 갖는 통상 마스크(2값 마스크)(3c)이다.

이들의 마스크는, 유리기판(7) 상에, 크롬 마스크용 패턴과 같은 금속 마스크용 패턴을 형성함으로써 형성된다.

레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴에는 마스크용 패턴의 양자택일의 개구부 상에 형성된 부가적인 위상 시프터(9)가 형성되어 있다.

또한, 오차 마스크(3a) 및 이상 마스크(3b)의 금속 마스크용 패턴(8)의 개구부의 피치는 서로 동일하다.

통상 마스크(3c)의 금속 마스크용 패턴(8)의 개구부의 피치는 오차 마스크(3a) 또는 이상 마스크(3b)의 2배의 피치이다.

이 도 2의 상단의 점선 아래에 나타낸 수치는 마스크의 개구부를 투과한 광강도를 상대적으로 나타낸 것이다.

이상 마스크(3b)의 개구부를 투과한 광강도는 1. 0이라고 가정한다.

그러면, 10%의 투과 광강도 오차를 가진 오차 마스크(3a)에서, 위상 시프터(9)를 갖는 개구부를 투과한 광강도는, 1. 0이고, 위상 시프터(9)가 없는 개구부를 투과한 광강도는 1. 1이다.

오차 마스크(3a)를 투과한 광강도 분포는 실질적으로 이상 마스크(3b)를 투과한 광강도 분포와, 0.1 강도의 빛을 투과시키는 개구부를 갖는 통상 마스크(3c)의 투과 광강도 분포의 결합이라는 것을 이상 마스크(3b)와 오차 마스크(3a) 사이의 동공면의 광강도 분포의 차로부터 알 수 있다.

노광장치의 선형성(linearity) 때문에, 오차 마스크(3a)를 투과한 빛에 의해 형성된 상은, 실질적으로 이상 마스크(3b)를 투과한 빛의 상과, 2배의 피치의 통상 마스크(3c)를 투과한 빛의 상의 합이다.

그러한 메카니즘은 도 2의 중단에 나타낸 동공면의 광강도 분포(퓨리에 스펙트럼)에 의해서 나타난다.

도 2의 중단 중앙에 나타낸 이상 마스크(3b)에 의해 형성된 동공면의 광강도 분포는, 일반적으로 알려진 바와 같이, 0차광빔은 없고 ± 1차 광빔만으로 형성된다.

또한, 이상 마스크(3b)의 2배의 피치의 패턴을 제공하는 통상 마스크(3c)에 의해 형성된 광강도 분포는, 도 2의 중단 오른쪽에 나타내었고, 0차 광빔 및 ±1차 광빔으로 형성된다.

이상 마스크(3b)의 2배의 피치의 패턴을 제공하는 통상 마스크(3c)에 의한 동공면 상에 형성된 광강도 분포중 ±1차 광빔의 영향이 작다고해서 무시하면, 오차 마스크(3a)에 의한 동공면의 광강도 분포는, 이상 마스크(3b)에 의한 동공면의 광강도 분포와, 통상 마스크(3c)에 의한 광강도 분포 중의 0차 광빔의 강도의 합에 의해 근사적으로 나타날 수 있다.

따라서, 오차 마스크(3a)에 의한 결상(結像) 특성의 열화는, 이상 마스크(3b)의 2배의 피치의 패턴을 제공하는 통상 마스크(3c)에 의해 형성된 광강도 분포에 포함된 0차 광빔의 영향에 의한 것이라고 결론을 내린다.

이상 마스크(3a)의 2배의 피치의 패턴을 제공하는 통상 마스크(3c)로 동공면의 광강도 분포를 형성하는 0차 광빔을 어떤 수단으로 차광하면, 이상 마스크(3b)에 의한 동공면의 광강도 분포와 비슷한 광강도 분포는 동공면 상에 형성될 수 있어, 결상 특성의 열화를 피할 수 있다.

동공면 상에 나타나는 0차 광빔은 오차 마스크(3a)를 사용한 노광 과정에 있어서는 문제가 된다.

다음에, 0차 광빔을 차광하는 동공필터(10)에 관해서 설명한다.

도 2의 하단 오른쪽에, 0차 광빔을 차광하는 동공필터(10)를 나타낸다.

이 동공필터(10)는, 0차 광빔의 위치에 대응하는 중앙 차광부(5a)와, 차광부(5a)를 둘러싸는 투명한 부분을 갖는다.

이 동공필터(10)를 오차 마스크(3a)와 결합하여 사용하면, 오차 성분인 0차 광빔을 완전히 차광할 수 있고, 오차 마스크(3a)를 사용하는 경우에도, 도 2의 하단 좌측에 나타낸 것과 같이, ±1차 광빔으로만 형성된 광강도 분포를 갖는 이상적인 상을 형성할 수 있다.

이상, 투과 광강도 오차를 갖는 마스크에 관해서 서술하였다.

레벤손형 위상 시프트 마스크(오차 마스크)가 시프터에 의한 위상 오차를 갖는 경우에, 동공면 상에 나타나는 상은, 광강도 오차와 비슷하게 회절 광속의 분석에 의해 고려될 수 있다.

따라서, 오차 마스크를 이상 마스크에, 1/2피치(1/2L)를 갖는 통상 마스크를 부가한 것이라고 간주할 수 있다.

피치는 마스크 상의 인접한 패턴의 각 중심 사이의 거리라고 규정된다.

동공필터(10)에 의해 비슷하게 마스크 오차 감소의 효과가 기대된다.

다음에, 동공필터(10)의 작용에 의한 광학상(optical image)의 개선을 광학상 계산으로 구한 결과를 나타낸다.

이 계산을 위해 사용한 계수는, 개구수 NA = 0.55, 조명의 코히런스 팩터(coherence factor) σ= 0.2 및 조명의 파장 λ=248 nm 이다.

도 3은 10°의 위상오차 및 1 : 1 선과 공간 패턴(line and space pattern: L/S 패턴)을 갖는 마스크의 전사된 상(transferred image)을 나타낸다.

도 3에 있어서, 상단, 중단 및 하단에, 각각 초점위치가 초점 시프트 △F= 1. 0㎛ 만큼 이탈되어 있는 경우, 초점위치가 초점 시프트 △F= 0㎛ 만큼 이탈되어 있는 경우 및 초점위치가 초점 시프트 △F = -1. 0㎛ 만큼 이탈되어 있는 경우를 각각 나타낸다.

도 3에 있어서, 좌측 열은 동공필터(10)를 사용하지 않고 형성된 광학상에 관한 것이고, 우측 열은 동공필터(10)를 사용함으로써 형성된 광학상에 관한 것이다.

초점위치 △F= 0(중단)인 경우에 있어서, 이상적인 광학상은 동공필터(10)의 유무에 따라 형성될 수 있다.

초점 시프트가 △F = ± 1. 0㎛(상단 및 하단)인 경우, 동공필터(10)를 사용함으로써 형성된 광학상은 일정주기 및 일정 진폭을 갖는 이상적인 광학상이고, 초점 시프트가 △F = 0㎛인 경우와 실적으로 동일하다.

그러나, 동공필터(10)를 사용하지 않고, 초점 시프트가 △F = ± 1. 0㎛ 이면, 위상오차의 영향에 의해 광학상의 진폭이 넓은 범위에서 변하고, 인접한 밝은 부분의 각 광강도는 서로 크게 다르다.

따라서, 동공필터(10)는 상의 질을 개선할 때 매우 효과적이다.

도 4a 및 도 4b는, 슬라이스 레벨법(slice level method), 즉 일정 광강도보다 큰 광강도의 광학상의 폭을 패턴폭으로 사용하는 방법에 의해 초점 오프셋의 초점 시프트(△F)의 함수로서 결정된 임계의 패턴크기(CD)를 나타내는 그래프이다.

정상적인 상태에서의, 패턴크기(CD)는 0.2㎛ 이다.

도 4a는, 마스크가 10°의 위상오차를 갖는 경우의 초점 시프트(F)와 패턴크기(CD)의 변화를 나타내고, 도 4b는 마스크가 10%의 투과 광강도 오차를 갖는 경우의 초점 시프트 F와 패턴크기(CD)의 변화를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b에 있어서, 흰색기호 ○ 및 □로 표시된 곡선은 동공필터를 사용한 경우의 데이터의 패턴크기를 나타내고, 검은색 기호● 및 ■로 표시된 곡선은 동공필터를 사용하지 않은 경우의 데이터의 패턴크기를 나타낸다.

크기가 큰 기호로 표시된 곡선은, 시프터가 마스크 상에 형성된 패턴의 개구부에 대응하는 위치에 형성된 경우의 데이터의 패턴크기(CD)를 나타내고, 크기가 작은 기호로 표시된 곡선은 시프터가 마스크 상에 형성된 패턴의 개구부에 대응하는 위치에 형성되지 않은 경우의 데이터의 패턴크기(CD)를 나타낸다.

둥근 기호 ○ 및 ●로 표시된 곡선은 광학상의 밝은 부분의 크기를 나타내고, 정사각형 기호 □ 및 ■은 광학상의 어두운 부분의 크기를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b에 있어서, 어두운 부분의 크기를 나타내는 흰색 정사각형 기호 □와 검은색 정사각형 기호 ■는 겹쳐져 있고, 기호 □ 및 ■로 표시된 곡선에 의해 나타난 값은 실질적으로 동일하다.

도 4a 및 도 4b로 부터의 기호 ●, □ 및 ■로 표시된 곡선(필터의 사용과 어두운 부분의 크기를 나타내는 기호)은 0㎛∼±1. 0㎛의 초점 시프트 범위에서의 패턴크기(CD)에 있어서 서로 다르고, 초점 시프트에 의한 최대 CD의 차는 0.04㎛라는 것을 알 수 있다.

패턴크기(CD)가 초점 시프트 △F= 0(이상 마스크에 의한 노광)인 경우의 이상적인 패턴크기에 접근하기 위해서는, 위상 오차가 있는 경우 또는 광강도 오차가 있는 경우에 동공필터(10)를 사용하는 것이 유효하다는 것을 알 수 있다.

도 4a 및 4b에서는, 0.2㎛ 1 : 1 L/S인 경우를 예로 들고 있다.

다음에, 도 5에 L/S 패턴크기를 0.16∼0.24 ㎛에서 변화시킨 경우에, 마스크 오차는 없고, 위상오차(10°), 투과 광강도 오차(10%)는 있는 마스크의 초점 시프트에 의존하는 패턴크기(CD)를 나타낸다.

도 5에 있어서, 왼쪽 열은 마스크 오차가 없는 경우의 패턴크기를 나타내고, 중앙 열은 위상오차가 있는 경우의 패턴크기를 나타내며, 오른쪽 열은 광강도 오차가 있는 경우의 패턴크기를 나타낸다.

0.16∼0.24 ㎛의 L/S의 위상, 광강도 오차가 있는 경우를 나타내는 곡선은, 동공필터(10)가 사용된 경우, 왼쪽 열에 나타낸 이상적 곡선과 거의 같게 된다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 전사 오차가 감소되고, 동공필터(10)의 효과가 패턴크기에 의존하여 변화하지 않는다는 것을 알 수 있다.

이상 마스크와 조합하여 동공필터를 사용한 경우에, 어떠한 영향도 전혀 미치지 않고, 정상적으로 전사가 가능하다.

상기 설명으로부터 알 수 있는 것처럼, 노광을 위해 오차 마스크를 사용한 경우, 마스크를 투과한 0차 광빔을 차광하는 동공필터를 사용함으로써, 노광의 정밀도를 크게 개선할 수 있다.

실제로 도 1에 나타낸 노광장치를 사용하여 노광을 할 때, 동공면(5)에, 동공필터(10)를 설치하고, 마스크(3)를 투과한 0차 광빔을 차광하는 영역에 차광부(5a)를 형성하면, 위상오차 및 광강도 오차가 있는 마스크(3)(오차 마스크)를 사용하더라도 사실상 정상적인 전사를 할 수 있다.

오차 성분을 동공필터(10)로 제거하면, 레벤손형 위상 시프트 마스크가 효율적으로 사용될 수 있고, 0.3 ㎛룰의 미세가공을 정확히 실시할 수 있다.

슬라이스 레벨법을 사용한 노광법을 채용하는 경우, 오차성분이 되는 0차 광빔을 완전히 차광하지 않더라도, 광강도가 소정치보다 크지 않는 한은 어떠한 문제도 발생하지 않는다.

그러므로, 0차 광빔이 조사되는 동공필터(10)는, 0차 광빔을 대부분 차광하지만, 부분적으로 0차 광빔을 투과하도록 형성될 수도 있다.

양자택일로, 동공필터(10)는 그 차광부를 반투명한 것으로 형성할 수도 있다.

따라서, 0차 광빔의 영향을 감소시키도록 동공필터(10)를 형성함으로써, 동공필터(10)없이 노광을 하는 것보다 더 이상적인 노광을 할 수 있다.

제 2실시예

레벤손형 위상 시프트 마스크를 사용하는 제 1실시예에서의 노광방법은 0.2㎛의 설계 룰의 패턴과 같은 매우 미세한 패턴을 전사할 때 유효하고, 마스크를 투과한 0차 광빔을 모두 또는 마스크를 투과한 0차 광빔, 즉 오차 성분의 대부분을 차광함으로써 이상적인 노광을 달성한다.

제 2실시예에서의 노광방법은, 0.2㎛ 1 : 1 L/S의 레벤손형의 매우 미세한 패턴과, 예컨대 크롬막을 가공함으로써 형성된 콘택 및 패드 등의 통상의 마스크형의 큰 피치 패턴을 조합함으로써 제공된 한 장의 마스크를 사용한다.

이후에, 마스크 오차에 대한 보정과 함께 이 노광방법을 설명한다.

크롬과 같은 금속막의 패턴이 형성되어 있는 레벤손형과는 다른 통상의 2값 마스크(3c)를 사용한 경우에, 0차 광빔 및 ± 1차 광빔은 마스크(3c)를 투과한다.

상기 제 1실시예의 설명에서 언급된 것처럼, 0차 광빔을 차광할 수 있는 동공필터(10)를 사용하면, 0차 광빔이 제거됨으로, 정상적인 결상이 불가능하다.

0차 광빔 및 ± 1차 광빔의 3광빔의 간섭에 의해 형성되는 광학상으로부터 0차 광빔을 제거하면, 이 광학상은 마스크 피치의 2배의 피치를 갖는다.

그러므로, 레벤손형 위상 시프트 마스크패턴 및 통상 마스크 패턴(위상 시프트가 없는 2값 마스크 패턴)이 하나의 마스크에 형성되면, 동공필터를 사용함으로써 불가피하게 역효과를 발생한다.

그러나, 절충 수단에 의해, 매우 미세한 패턴과 큰 피치 패턴의 상이, 매우 미세한 패턴과 큰 피치 패턴이 각각 제공된 마스크를 사용함으로써 사실상 정상적으로 형성될 수도 있다.

사실상, 0차 광빔을 완전히 차광하는 대신에, 0차 광빔의 일부를 차광하여, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴에 형성된 큰 피치 패턴에 포함된 0차 광빔 성분을 감소시키고, 통상 마스크 패턴에 형성된 큰 피치 패턴의 0차 광빔 성분에 필요한 강도를 확보하여 정상적인 상을 형성함으로써 정상적인 노광이 달성될 수 있다.

0차 광빔 성분의 일부는 동공필터(10)의 직경을 작게 함으로써 차광될 수 있어, 사실상 정상적인 노광을 달성한다.

도 6a 내지 도 6f는, 개구수 NA = 0.55, 광원의 코히런스 팩터 σ= 0.2 및 조명의 파장 λ= 248 nm을 사용하여, 0.6㎛ L/S의 통상 마스크(2값 마스크)의 광학상의 데이터를 계산한 결과를 나타낸다.

도 6a 내지 도 6f는, 서로 다른 필터직경{파수(wave number)}에 대한 광학상을 나타낸다.

또한, 도 7에, 도 6a 내지 도 6f에 나타낸 광학상의 필터직경 및 비회절광의 상 직경과 필터직경의 비를 나타내었다.

비회절광의 상 직경과 필터직경의 비가 0.1인 경우, 정상적인 상태에서 1. 2㎛의 간격으로 나타날 것으로 기대되는 광학상의 피크는 마스크 패턴의 1/2주기인 0.6㎛의 간격으로 나타나서, 정상적인 노광이 불가능하다.

도 6b, 도6c, 도 6d, 도 6e 및 도 6f는, 필터직경을 0.08/λ∼ 0.06/λ, 0.04/λ 및 0.02/λ∼ 0으로 변화시키고, 비회절광의 상 직경과 필터직경의 비를 0.73∼0.55, 0.36 및 0.18∼0으로 변화시킴으로써 얻은 계산 결과를 나타낸다.

원래의 정상적인 주기의 상과 거의 같은 상, 즉, 통상 마스크 패턴에 의해서 형성된 이상적인 광학상은, 0차 광빔의 차광율을 점차 작게 함으로써 형성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

특히, 필터직경이 0.08/ 또는 이하이고, 비회절광의 상 직경과 필터직경의 비가 0.73 또는 이하이며, 0차 광빔을 완전히 차광하지 않은 경우, 하나의 상은 충분히 슬라이스 레벨법에 의해서 형성될 수도 있다는 결론을 내린다.

한편, 오차가 있는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 사용하는 경우, 동공필터(10)로 0차 광빔 성분을 제거함으로써 정상적인 상이 형성될 수 있다.

그러므로, 필터 효과가 예컨대, 도 6f에 나타낸 바와 같이 이용되지 않은 경우, 마스크 오차의 영향이 분명히 나타나서, 정상적인 결상이 불가능하다.

도 8a∼도 8f는, 0.16㎛의 L/S의 매우 미세한 패턴이 형성된 레벤손형 위상 시프트 마스크의 광학상의 계산 결과를 나타낸다.

마스크 오차는, 투과율 차(0°와 180°의 투과율 차)가 10%이라고 가정한다.

도 6a 내지 도 6f에 나타낸 데이터를 계산하기 위해 사용된 것과 같은 조건 하에 계산이 수행되었고, 이 필터직경은 파라미터로서 사용되었다.

또, 도 7에는, 도 8a∼도 8f에 나타낸 데이터를 계산하기 위해 사용된 필터직경과 비회절 광학상의 직경의 비가 나타나 있다.

도 8a에서, 동공필터가, 주된 오차 성분인 0차 광빔을 완전히 차광하기 때문에, 인접한 피크의 값은 실질적으로 서로 동일하여, 이상적인 결상이 달성된다.

도 8b,···도 8f에 있어서, 0차 광빔 성분의 영향이 그 순서대로 점차 커지고, 또 인접한 피크의 값의 차가 커지는 경향이 있다.

큰 피치 패턴인 0.6㎛ 정도의 L/S 패턴(통상 패턴)과, 매우 미세한 패턴인 0.16㎛ 정도의 L/S 패턴(레벤손형 위상 시프트 패턴)이 형성된 한장의 마스크가 노광을 위해 사용되면, 도 1에 나타낸 노광장치의 동공면(5) 상에, 광원(1)의 비회절의 상(0차 광빔의 상)의 직경의 0.73배의 차광부를 갖는 동공필터를 배치함으로써 최적의 노광을 달성할 수 있다는 것을 상기의 설명으로부터 알 수 있다.

비회절광의 상의 직경만큼 큰 직경 0.73배의 차광부를 갖는 동공필터는 단순한 일례에 지나지 않고, 차광부의 최적의 크기는 노광되어야 할 패턴크기 및 노광의 여러 가지 조건에 의존한다.

요약하면, 마스크를 투과한 0차 광빔의 일부를 차광하도록 동공필터(10)의 차광부를 형성하고, 노광을 위해 그 동공필터(10)를 사용함으로써, 통상 마스크 패턴과 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴이 형성된 마스크를 사용한 경우에 있어서도, 사실상 정상적인 상을 형성할 수 있다.

따라서, 복수의 서로 다른 크기의 패턴이 단일 노광 사이클에 의해 정확하게 형성될 수 있다.

제 3실시예

제 2실시예에 있어서, 레벤손형 위상 시프트 마스크패턴과 통상의 2값 마스크패턴이 형성된 마스크를 사용하고, 0차 광빔의 일부는 동공필터의 적당한 크기의 차광부에 의해 차광되어, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 오차 성분을 줄이고, 동시에 통상 마스크 패턴은 정확한 크기로 전사되도록 하는 노광방법에 관해서 설명한다.

이 제 3실시예에 있어서는, 제 2실시예의 경우와 비슷하게, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴과 통상의 2값 마스크 패턴이 형성되어 있는 한 장의 마스크를 사용하고, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴과 통상의 2값 마스크 패턴은 실질적으로 정확한 크기로 전사되도록 하는 또 다른 노광방법에 관해서 설명한다.

제 2실시예에 있어서는, 동공필터(10)의 차광부(5a)의 직경, 즉 필터직경이 결정됨으로, 동공면(5) 상에 형성된 0차 광빔의 중심점에서 원의 중심이 있는 원 반경 내의 노출광의 일부를 차광하고, 그 원 주위의 0차 광빔 성분의 다른 부분을 투과한다.

이 제 3실시예에 있어서, 동공필터(10)에는 불투명한 차광부(5a)가 설치됨으로, 0차 광빔 성분의 일반적인 투과율을 감소시켜서, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 오차 성분을 감소시킴과 동시에 통상 마스크 패턴을 정확히 전사한다.

다음에, 0.60 ㎛ 1 : 1 L/S의 통상 마스크 패턴을 사용하고, 동공필터의 투과율을 변화시킴으로써 형성된 광학상에 관해서 도 9a∼도 9f를 참조하여 설명한다.

도 9a 내지 도 9f의 상을 형성하기 위해 사용된 필터의 투과율을, 도 10에 나타내었는데, 그것은 도 11a 내지 도 11f에 나타낸 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 광학상에도 적용할 수 있다.

광학상을 계산하기 위해 사용된 그 외의 계수로서는, NA = 0.55, 광원의 코히런스 팩터 σ= 0.2 및 조명의 파장 λ = 248 nm가 있다.

필터 투과율은 도 9a에 나타낸 상의 경우, 0%이므로 0차 광빔을 완전히 차광한다.

따라서, 당연히 1. 2㎛의 간격으로 나타날 것으로 기대되는 피크가 0.6㎛의 간격으로 나타나고, 또 그 오차가 너무 커서 정상적인 노광을 할 수 없다.

도 9b∼도 9f에 나타낸 상에 대한 필터의 차광부의 투과율은 각각 20%, 40%, 60%, 80%, 100%이고, 그 피크는 1. 2㎛간격으로 나타남으로, 오차 성분에 대응하는 피크를 작게 할 수 있다.

따라서, 이들 상의 정상적인 전사의 가능성이 그 순서대로 증가한다.

레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴에 대한 0차 광빔을 차광하기 위한 동공필터의 투과율의 영향을 도 11a 내지 도 11f에 나타낸다.

제 2실시예에서의 경우와 비슷하게 제 3실시예에서의 마스크 패턴은 0.16㎛ 1 : 1 L/S 패턴이고, 상기와 같이 통상 패턴의 상을 계산하는데 사용된 것과 같은 계수는, 광학상을 계산하기 위해 사용된다.

또, 도 11a∼도 11f의 광학상에 대한 투과율은 도 10에 나타낸 바와 같이, 0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%이다.

제 1 및 제 2실시예에 있어서 설명된 바와 같이, 레벤손형 위상 시프트 마스크를 사용하는 경우에, 0차 광빔 성분을 완전히 차광하면, 이상적인 노광이 달성될 수 있다.

도 11로부터 알 수 있는 것처럼, 투과율이 0%에 가까이 갈수록, 인접한 피크의 높이의 차가 적어지고, 상이 정상적인 광학상에 더 가까이 간다.

투과율이 100%에 가까이 갈수록, 레벤손형 위상 시프트 마스크의 위상오차 및 투과율 오차를 포함하는 마스크 오차의 영향이 점점 커지고, 그 광학상의 흐트러짐도 점점 커진다.

레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴과 통상의 2값 마스크 패턴이 제공된 마스크를 사용하는 경우, 예컨대 투과율 60%의 반투명한 동공필터에 의해 그 마스크를 투과한 0차 광빔 성분이 차광되면, 양쪽 마스크 패턴이 슬라이스 레벨법에 의해 정확하게 전사된다는 것을 상기의 설명으로부터 알 수 있다.

따라서, 도 1에 나타낸 노광장치의 동공면(5)에, 0차 광빔이 조사되는 영역에서의 투과율 60%의 동공필터를 형성하고, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴과 통상 2값 마스크 패턴이 제공된 마스크를 사용하여 통상의 노광 과정을 수행함으로써, 반도체기판(6) 상에 형성된 레지스트막에, 정상적으로 마스크 패턴의 상이 전사될 수 있다.

투과율 60%의 차광부(5a)를 갖는 동공필터(10)는, 마스크에 0.6㎛ 1 : 1 L/S의 통상 마스크 패턴을 형성하고, 0.16㎛의 1 : 1 L/S의 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 사용하는 경우에 유효하다.

그러나, 패턴의 치수의 변화에 따라 투과율을 변화시켜야 한다.

요약하면, 통상 마스크 패턴과 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 노광을 하는 경우에, 마스크를 투과한 0차 광빔을 소정의 투과율의 반투명한 필터로 차광하여, 0차 광빔이 전사된 상에 주는 영향을, 통상 마스크 패턴의 전사된 상에 악영향을 주지 않는 정도로 작게 억제함으로써, 서로 다른 형태의 마스크 패턴의 상을 정확하게 전사할 수 있다.

제 4실시예

제 1 내지 제 3실시예에 있어서, 노광장치의 동공면에 배치된 동공필터에 의해, 마스크를 투과한 0차 광빔의 전부 또는 일부를 차광하여, 마스크 오차의 역효과를 감소시키는 노광방법에 관해서 설명한다.

제 4실시예에 있어서, 전사된 상의 0차 광빔의 영향을 제거할 뿐만 아니라, 오차가 있는 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴의 상을 전사할 때의 오차 성분으로서 작용하는 2차 회절광빔의 영향을 제거하도록 하는 또 다른 방법에 관해서 설명한다.

도 12a에는, 통상 마스크를 사용한 이상적인 노광에 의해 형성된 동공면 회절 패턴을 나타내고, 도 12b에는, 레벤손형 위상 시프트 마스크를 사용한 이상적인 노광에 의해 형성된 동공면 회절 패턴을 나타낸다.

도 12a에 나타낸 바와 같이, 통상 마스크를 사용한 경우, 0차 광빔의 패턴은 중앙에 형성되고, ± 1차 광빔의 패턴은 0차 광빔의 패턴의 외측에 각각 형성되며, ± 2차 회절 광빔(이하, 간단히 ±2차 광빔이라고 칭한다.)의 패턴은 ±1차 광빔의 패턴의 외측에 각각 형성된다.

상기 0차 광빔은 가장 큰 강도를 갖고, 다음의 고차의 광빔이 결상에 주는 영향은 적다.

제 1실시예에 있어서, 오차가 있는 레벤손형 위상 시프트 마스크를 사용하고, 전사되어야 할 패턴이 0.16㎛ 1 : 1 L/S 패턴과 같이 작은 피치를 갖는 경우, 개구수 NA, 즉 동공 구멍의 직경은, ±1차 광빔을 전사하고, ±2차 광빔과 그것 보다 고차의 광빔을 제거하기 위한 도 12a의 점선(11)으로 둘러싸인 영역에 대응하도록 조절된다.

그러므로, ±2차 광빔에 의한 오차는 생기지 않는다.

그러나, 레벤손형 위상 시프트 마스크를 사용하여 큰 피치 패턴의 상을 전사하는 경우, 또는 동공 직경이 ±2차 광빔을 전사하는 영역, 즉 12a의 일점쇄선(12)으로 둘러싸인 영역을 포함하도록 결정된 경우, ±1차 광빔만 나타나는 것이 바람직하지만, 어떤 경우에는 오차성분으로서 0차 광빔 및 ±2차 광빔이 동공 내에 입사한다.

0차 광빔을, 동공필터(10)로 차광할 수 있지만, ±1차 광빔을 투과하고, ±2차 광빔 및 그것 보다 고차의 광빔을 동공필터(10)로 차광하는 것은 곤란하다.

±2차 광빔이 동공 내에 입사한 경우, ±1차 광빔과 ±2차 광빔 사이의 간섭에 의해 1/2피치의 상이 형성되고, 마스크 오차의 영향에 의한 감소 효과가 감소된다.

오차 성분에 의한 ±2차 광빔의 영향을 감소시키는 방법으로서, 도 12a의 이점쇄선(13)으로 둘러싸인 영역, 즉 0차 광빔 및 ±1차 광빔을 포함하고, ±2차 광빔을 포함하지 않지만, ±2차 광빔의 경계와는 접하는 영역에 동공이 대응하거나 그 영역보다 작게 되도록 동공의 크기, 즉 동공 구멍을 결정하는 ±2차 광빔을 차광하기 위한 방법을 소개한다.

도 12a의 이점 쇄선(13)으로 둘러싸인 영역은, 아래의 수식으로 표현된다.

NA f λ{L (1+σ)}

도 12a에 나타낸 바와 같이, ±1차 광빔의 중심은 ±(1/2L)에 있고, ±2차 광빔의 중심은 ±(1/L)에 있다.

이들 빔의 반경은 NA·σ이다.

한계의 NA=λ/2L은 ±1차 광빔의 중심을 포함하는 동공에 대응하고, 한계의 NA=λ/L은 ±2차 광빔의 중심을 포함하는 동공에 대응한다.

따라서, ±2차 광빔의 중심을 포함하는 동공에 대응하는 한계의 NA에서 반경 NA·σ을 빼는 것으로, 도 12a의 이점 쇄선(13)으로 둘러싸인 영역에 대응하는 NA를 결정한다.

서로 다른 동공 직경(개구수 NA)이 형성된 레벤손형 위상 시프트 마스크의 0.40㎛ 1 : 1 L/S의 큰 피치 패턴의 광학상을 도 13a∼도 13d에 나타낸다.

그 동공의 직경 NA는 도 13a 내지 도 13d에 나타낸 광학상에 대하여 각각 0.25, 0.30, 0.35, 0.40이다.

그 밖의 계수에 관해서, 광원의 코히런스 팩터는 σ= 0.2이고, 동공필터 크기는 광원의 크기와 같으며, 동공필터의 차광부의 투과율은 0%이다.

가장 작은 동공의 직경을 사용하여 형성된 도 13a에 나타낸 광학상의 피크의 값은 균일하고, 그 광학상은 이상적이다.

도 13b, 도 13c 및 도 13d에 나타낸 바와 같이, 동공의 직경이 증가함에 따라 인접한 피크 사이의 값의 격차가 증가한다.

상기 식 NA f λ{L (1+σ)}에 λ= 0.248, L= 0.8㎛, σ= 0.2를 대입하면, NA f 0.258의 관계를 얻을 수 있다.

NA= 0.25를 사용하여 계산한 도 13a에 나타낸 데이터와 대조하면, 그것은 NA f 0.258의 상태를 만족시키고, ±2차 광빔의 악영향에 의한 영향을 받지 않은 최적의 상태는 상기 상태를 만족시키는 크기의 동공을 사용함으로써 형성될 수 있다.

따라서, 도 1에 나타낸 노광장치의 동공면에, 마스크에 의해 회절된 ±1차 광빔을 차광하기 위한 동공필터를 형성하고, 또 ±2차 광빔 및 그것 보다 고차의 광빔을 차광하는 NA f λ{L (1+σ)} 상태를 만족하도록, 동공의 직경, 즉 동공 구멍을 조정함으로써, ±1차 광빔이 도 12b에 나타낸 바와 같이 동공면에 배타적으로 나타나게 된다.

본 발명의 노광방법은 아래와 같은 유익한 효과를 갖는다.

본 발명에 있어서의 축소 투영 노광방법을 수행하는 경우에 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 포함하는 마스크를 투과한 노출광 중, 0차 광빔을 동공필터로 차광한다.

그러므로, 마스크 오차에 의한 노광 특성의 저하를 억제할 수 있어, 정확한 전사를 달성할 수 있다.

본 발명에 있어서의 축소 투영 노광방법을 수행하는 경우에, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 포함하는 마스크를 투과한 노출광 중, 0차 광빔을 완전히 차광한다.

그에 의해, 마스크 오차의 악영향을 제거할 수 있어, 정확한 노광을 달성할 수 있다.

본 발명에 있어서의 축소 투영 노광방법을 수행하는 경우에, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴과 통상의 2값 마스크 패턴이 형성된 마스크를 투과한 노출광 중, 0차 광빔을 부분적으로 차광한다.

그에 의해, 양쪽의 마스크 패턴의 정확한 노광을 달성할 수 있다.

본 발명에 있어서의 축소 투영 노광방법을 수행하는 경우에, 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴과 통상의 2값 마스크 패턴이 형성된 마스크를 투과한 노출광 중, 0차 광빔의 강도는 반투명한 차광부를 갖는 동공필터에 의해 감소된다.

본 발명에 있어서의 축소 투영 노광방법을 수행하는 경우에, 레벤손형 위상 시프트 패턴만이 형성되고, 마스크 오차가 있는 마스크를 투과한 노출광 중, 0차 광빔을 차광한다.

본 발명에 있어서의 축소 투영 노광방법을 수행하는 경우에, 레벤손형 위상 시프트 패턴과 통상의 2값 마스크 패턴이 형성되고, 오차가 있는 마스크를 투과한 노출광 중, 0차 광빔을 부분적으로 차광한다.

본 발명에 있어서의 마스크 오차가 있는 레벤손형 위상 시프트 마스크를 사용한 축소 투영 노광방법을 수행하는 경우에, 마스크에 의해 회절된 광빔의 ±2차 광빔 및 그것 보다 고차의 광빔을 차광하도록 동공의 크기를 조정한다.

그에 의해, 마스크 오차의 악영향을 억제할 수 있어, 정확한 노광을 달성할 수 있다.

명확하게, 본 발명의 다양한 부가적인 변형 및 변화는 상기 설명에 비추어 볼 때 가능하다.

그러므로, 첨부된 청구범위의 범주 내에서, 본 발명은 본 명세서에서 명확하게 설명된 것과 다른 방법으로 수행될 수도 있다는 것을 알 수 있다.

Claims

축소 투영장치를 통해서 레벤손형 위상 시프트 마스크 패턴을 포함하는 마스크의 마스크 패턴을 노출된 물체에 전사하기 위한 투영 노광방법에 있어서,

상기 마스크에 노출광을 조사하고,

상기 축소 투영장치 내의 동공면 상의 동공필터로 상기 마스크로부터의 0차 회절광을 차단한 후,

상기 동공면으로부터 상기 노출광을 집광시켜 상기 노출된 물체 상에 상기 축소된 마스크 패턴의 상을 형성하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 투영 노광방법.
제 1 항에 있어서,

상기 동공필터의 차광부로 상기 0차 회절광을 완전히 차단하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 투영 노광방법.
제 1 항에 있어서,

상기 동공필터의 차광부로 상기 0차 회절광을 부분적으로 차단하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 투영 노광방법.