KR19980071555A - 노광에 사용되는 포토마스크 및 그 생산 방법 - Google Patents

노광에 사용되는 포토마스크 및 그 생산 방법 Download PDF

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Abstract

단차를 갖는 반도체 기판 (S) 상에 소정의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크는 차광막에 의해 형성된 영역과 반투명막에 의해 형성된 영역을 갖는다. 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광간의 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기는 반도체 기판의 단차와 소망의 패턴 크기에 기초하여 결정되며, 패턴은 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기에 따라 형성된다. 반투명막의 두께는 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광간의 광경로차가 반도체 기판의 단차와 거의 동일하도록 형성된다.

Description

노광에 사용되는 포토마스크 및 그 생산 방법
본 발명은 투영형 노광 시스템의 노광에 사용되는 포토마스크에 관한 것으로, 특히 단차를 갖는 반도체 기판 등의 노광될 물질을 노광하는데 적합한 노광용 포토마스크에 관한 것이다.
최근, DRAM (다이나믹 랜덤 액세스 메모리) 에 의해 대표되는 반도체 장치의 크기를 최소화하고 집적 레벨을 증가시킴에 따라 반도체 기판상에 형성된 회로 패턴 라인이 매우 작아지게 되었다. 이에 따라, 반도체 기판상에 회로 기판을 형성하는 리소그래피법을 사용하여 작은 패턴을 전사할 필요가 있다.
현재 사용되는 리소그래피법에 있어서, 감소 투영형 노광 시스템 (스테퍼 등) 은 반도체 기판에 인가된 포토레지스트에 자외선광을 비추어 포토마스크의 회로 패턴을 형성하는데 사용된다.
패턴을 형성하기 위하여, 기판의 표면이 투영 렌즈의 이미지 형성면과 일치하도록 하는 것이 이상적이다.
그러나, 소자를 형성할 때 단차가 발생하고 기판 자체가 평탄하지 않으므로, 2 개의 사이에 이동이 발생한다.
이상적인 이미지 형성면으로부터 약간의 이동이 있어도, 패턴을 형성하기 위하여, 어느정도의 초점 깊이 (패턴이 형성될 수 있는 광축 방향으로의 범위) 가 필요하고, 높은 해상도를 위해 이 초점의 깊이의 성취는 중요하다.
일반적으로, 감소 노광 방법을 사용하는 리소그래피법의 해상도 (R) 와 초점의 깊이 (DOF) 는 다음과 같이 레일리 (Raleigh) 식으로 공지된 식에 의해 얻어진다.
상기의 관계에서, λ 는 ㎚ 의 노광 파장이고, NA 는 렌즈의 개구수이고, K1 및 K2 는 레지스트 처리에 의존하는 처리 계수이다.
식 (1) 로부터 알 수 있듯이, 한계 해상도는 λ를 작게 하고 NA를 크게 함으로써 향상될 수 있다. 그러나, 식 (2) 로부터, 짧은 파장과 큰 NA 는 감소된 초점 깊이 (DOF)를 초래하는 것을 알 수 있다. 현재, 해상도의 향상에 수반되는 초점 깊이의 날카로운 감소가 있고, 이것은 필요한 초점 깊이를 성취하는 것을 어렵게 한다.
식 (2)에서 알 수 있듯이, 초점 깊이의 감소는 NA 가 증가할 때보다 파장이 짧아질 때 더 완만하다. 이 때문에, 파장을 점진적으로 감소시켜 왔으며, 수은 램프의 g 라인 (l=436㎚)부터 i 라인 (l=365㎚) 까지의 이동이 있었고, 노광을 위한 광원으로서 KrF 엑시머 레이저 (l=248㎚)를 사용하여 왔다.
또한, 광 자체를 조절함으로써 패턴 형상의 상기 수축을 도모할 수 있고, 이러한 모든 접근법은 초고해상도 기술로 언급된다.
초고해상도 기술의 일반적인 형태는 조절이 어디에서 수행되는냐에 따라 3가지 형태로 분류될 수 있다. 이들은 투영 광의 광원 형상을 변화시키는 접근법 (변형된 발광법), 투영 렌즈의 퓨필 (pupil) 평면을 변화시키는 접근법 (퓨필 필터법), 및 노광에 사용되는 포토마스크를 변화시키는 접근법 (위상 이동법, 하프톤 위상 이동법 등) 이다.
초고해상도 기술의 이들 3 가지 형태의 효과는 노광 포토마스크상의 패턴 형태에 의존한다.
하프톤 위상 이동법 (이하, 하프톤법이라 한다) 에서는, 예를 들어, 일본 특개평 8-31711 호에 개시된 바와 같이, 포토마스크상의 차광부에서 완전한 차광막을 사용하는 대신에, 입사광의 편광을 180 도만큼 회전시켜 광을 부분적으로 통과시키는 반투명막을 사용하였다.
도 12 는 하프톤법을 사용한 종래의 노광 포토마스크를 나타낸다. 도 12(a) 와 도 12(b) 에 도시한 바와 같이, 종래의 노광 포토마스크는 마스크 기판으로서 제공되는 글래스 기판 (101) 과 글래스 기판 (101) 에 부착된 반투명막 (102) 로 형성된 2층 구조이다.
하프톤법에 의하면, 고차 (high-order) 회절 성분이 두드러져, 넓은 초점 깊이에 걸쳐 웨이퍼상의 광밀도의 콘트라스트를 향상시킨다.
하프톤법은 특히 격리된 투과 패턴 (포지티브 패턴인 경우에 홀 패턴) 을 위한 초점 깊이를 향상시키는데 효과적이다. 예를 들어, Y. Iwabuchi, et al, Jpn. J. Apply. Phys. 32 (1993) 5900에는, 격리된 0.26 ㎛ 홀 패턴을 형성하기 위하여 KrF 엑시머 리소그래피를 사용하는 것을 설명하고 있다. NA=0.42 및 s=0.5 (여기서, s 는 코히어런시 인자 (coherency factor) 이다) 으로, 종래의 마스크를 사용하여, 0.26㎛ 홀 패턴에 대한 초점 깊이는 0.6 ㎛ 이다.
이와 반대로, 4% 의 투과율을 갖는 하프톤 포토마스크를 사용하여 노광함으로써, 초점은 1.2 ㎛ 로 넓어진다.
하프톤법은 마스크의 제조 방법을 비교적 용이하게 하므로, 현재, 주로 i 라인 리소그래피를 사용하는 대량 생산에 사용되고 있다. 또한, 초점을 향상시키는 효과를 최대화하기 위하여, 위상 이동이 180±5 도가 되도록 하고 투과율이 5 내지 10% 가 되도록 하는 것이 바람직하다.
그러나, 최근의 반도체 장치에서, 집적 레벨의 증대에 수반하여, 단면 구조가 매우 복잡하게 되었다.
이 때문에, 반도체 기판에 형성되는 단차는 상술한 하프톤법을 사용하여 보상할 수 없는 크기가 되었다. 예를 들어, 0.6 ㎛ 의 단차를 갖는 기판에 0.26 ㎛ 홀 패턴을 형성하기 위하여 상술한 노광 파장, 광 조건 및 하프톤 마스크를 사용하는 경우를 고려한다. 초점은 1.2 ㎛ 이므로, 0.6 ㎛ 의 최대 상하 초점 마진이 얻어진다. 그러나, 0.6 ㎛ 단차의 상하 중심점 위치에서의 초점 위치에서 수행되는 노광에 의해, 마진은 단차의 상부에서 0.3 ㎛ 이고 단차의 하부에서 0.3 ㎛ 가 된다.
즉, 초점의 단차가 실질적으로 0.6 ㎛ 로 제한되는 것으로 간주한다.
상술한 바와 같이, 단차를 갖는 반도체 기판에 대하여 실질적으로 넓은 초점을 성취하는 것은 장치 제조에 문제를 나타낸다.
상술한 종래의 문제점의 관점에서, 본 발명의 목적은 단차를 갖는 노광될 물질에서도 전체 영역에 걸쳐 소망의 패턴을 형성할 수 있는 노광 포토마스크를 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 노광 포토마스크를 나타내고, 도 1(a) 는 그 평면도이고, 도 1(b) 는 그 측단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 노광 포토마스크를 나타내는 측단면도와 단차를 갖는 기판과 노광 포토마스크의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 3 은 시뮬레이션에 의해 결정된 초점 이동량, 광경로차, 및 마스크 패턴 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 시뮬레이션에 의해 결정된 반도체 기판상에 실제적으로 전사된 패턴 크기, 광경로차, 및 마스크 패턴 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는 반도체 기판의 단차의 상부 및 하부에 대한 CD 대 초점 이동 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시예에 사용되는 표를 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 노광 포토마스크를 나타내고, 도 7(a) 는 그 평면도이며, 도 7(b) 는 그 측단면도이다.
도 8 은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 노광 포토마스크를 나타내는 측단면도와 단차를 갖는 기판과 노광 포토마스크의 위치 관계를 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 노광 포토마스크의 경우 반도체 기판의 단차의 상부 및 하부에 대한 CD 대 초점 이동 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 10 은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 노광 포토마스크의 경우 반도체 기판의 단차의 상부 및 하부에 대한 CD 대 초점 이동 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 11 은 도 1 에 도시한 노광 포토마스크를 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 12 는 하프톤 (halftone) 법에 사용되는 종래의 노광 포토마스크를 나타내고, 도 12(a) 는 그 평면도이며, 도 12(b) 는 그 측단면도이다.
도 13 은 본 발명의 제 3 실시예에 사용되는 초점 이동량, 광경로차, 및 마스크 패턴 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14 는 시뮬레이션에 의해 결정되고 본 발명의 제 3 실시예에 사용되는 반도체 기판에 실제적으로 전사되는 패턴 크기, 광경로차, 및 마스크 패턴 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 제 1 영역 2: 제 2 영역
3: 글래스 기판 4: 반투명막
5: 차광막 6: 홀 패턴
7: 단차 상부 8: 단차 하부
본 발명의 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 제 1 형태에 의하면, 단차를 갖는 노광될 물질에 소망의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크로서, 상기 노광 포토마스크는 차광막으로 형성된 영역과 반투명막으로 형성된 영역을 가지며, 상술한 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광간의 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기는 노광될 물질의 단차와 소망의 패턴 크기에 기초하여 결정되며, 포토마스크는 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기에 따라 형성된다.
본 발명의 제 2 형태에 의하면, 단차를 갖는 노광될 물질에 소망의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크로서, 노광 포토마스크는 노광 포토마스크의 제 1 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점과 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점이 서로 다르도록 구성된 단일체를 갖는다.
단차를 갖는 노광될 물질에 소망의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크를 생산하는 방법으로서, 그 방법은 단차에 대응하는 단일 투명 기판의 제 1 영역과 제 2 영역을 형성하는 단계와, 영역중의 하나에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점을 영역중의 나머지에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점과 다른 값으로 설정하는 단계와, 소정의 홀 패턴을 통해 노광될 물질을 노광하여 영역의 각각에 소망의 홀 패턴을 형성하는 단계를 구비한다.
본 발명에 의하면, 반투명막의 막두께는, 상술한 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광간의 광경로차가 노광될 물질의 단차와 거의 동일한 노광의 초점 이동과 동일하도록 형성된다.
본 발명에 의한 노광 포토마스크의 다른 형태는 반투명막으로 형성된 영역과 반투명막과 투명막에 의해 형성된 2중층 영역을 가지며, 완전한 투명부를 통과한 노광간의 이상적인 광경로차와, 반투명막으로 형성된 영역을 통과한 노광과 반투명막과 투명막의 이중층 구조를 통과한 노광의 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기가 노광될 물질의 단차와 소망의 패턴 크기에 기초하여 결정되고, 포토마스크는 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기에 따라 형성된다.
상술한 바와 같은 본 발명에서, 노광될 물질은 예를 들어 반도체 기판이다.
첨부된 도면을 참조하여 상술한 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 포토마스크가 1:1 노광 시스템에 사용되는 경우에 대하여 설명하지만, 마스크 패턴 크기를 제외하고 본 발명은 감소형 노광 시스템에도 적용되어도 동일하다.
또한, 이하의 설명은 포지티브형 포토레지스트로 가정한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 노광 포토마스크를 나타내고, 도 1(a) 는 그 평면도이며, 도 1(b) 는 그 측단면도를 나타낸다. 도 1(a) 및 1(b) 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 포토마스크 (M1) 는 마스크 기판으로서 제공되는 글래스 기판 (3)을 갖는다.
글래스 기판 (3) 의 제 1 영역 (1) 은 반투명막 (4) 의 단일층에 의해 형성된 패턴을 갖는다. 글래스 기판 (3) 의 제 2 영역은 반투명막 (4) 에 걸쳐 인가된 크롬에 의해 형성된 이중층 차광막 (5) 으로서 형성된 패턴을 갖는다. 영역 (1) 과 영역 (2) 은 홀 패턴 (6)을 형성하는 대략 1:3 (홀:스페이스 피치) 의 피치를 갖는다.
도 2 는 단차를 갖는 반도체 기판과 본 발명에 의한 노광 포토마스크의 위치 관계를 나타내는 측단면도이다.
도 2에서, 설명을 간략하게 하기 위하여 투영 광학 시스템은 생략하였으며, 초점의 위치 방향은 투영 렌즈에 접근하는 방향을 따른다.
도 2 에 도시한 바와 같이, 제 1 마스크 영역 (1) 은 반도체 기판 (S) 의 단차의 상부 (7) 에 대응하고, 제 2 마스크 영역은 반도체 기판 (S) 의 하부 (8) 에 대응한다.
또한, 노광 포토마스크 (M1) 와 반도체 기판 (S) 의 위치 관계는 이와 반대가 되도록 할 수 있다.
반투명막 (4) 의 막두께는 반투명부를 통과하는 광과 완전한 투명부를 통과한 광 사이의 광경로차가 초점 이동이 되도록 형성하고, 초점 이동은 반도체 기판 (S) 의 단차 상부 (7) 와 단차 하부 (8) 에서의 단차와 동일하다.
제 1 마스크 영역 (1) 과 제 2 마스크 영역 (2) 의 패턴 크기는 패턴 (9) 과 패턴 (10) 의 소망의 치수가 반도체 기판 (S) 의 단차 상부 (7) 와 단차 하부 (8)에서 얻어지도록 설계된다.
제 2 마스크 영역 (2) 의 패턴 크기가 설계에 따라 수행되면, 제 1 마스크 영역 (1) 의 패턴 크기를 보정할 필요가 있다.
다음은 이상적인 광경로차와 제 1 마스크 영역의 마스크 패턴 크기를 결정하는 방법을 설명한다.
설명하기 위하여, NA=0.5 이고 σ=0.5 의 조건에서, KrF 엑시머 리소그래피가 사용되고, 1:3 의 피치를 갖는 0.25 ㎛ 홀 패턴이 반도체 기판 (S) 의 단차 상부와 단차 하부에 형성된다. 반투명막의 투과율은 5% 이다.
도 3 은 시뮬레이션에 의해 결정된 초점 이동, 광경로차, 및 마스크 패턴 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3 은 120 내지 180 도의 광경로차의 영역을 나타내고, 초점 위치는 패턴 크기가 반도체 기판상에서 최대인 점으로 정의된다.
광경로차가 180 도이면, 초점 이동량은 제로이고, 이 상태는 종래에 사용된 하프톤법에 대응한다.
0 내지 180 도의 광경로차에서, 0 도 또는 180 도로부터 광경로차가 이동하므로, 초점 이동량은 포지티브 방향 (투영 렌즈로 근접하도록 이동하는 방향) 으로 커진다.
180 도 내지 360 도의 광경로차에서, 180 도 또는 360 도로부터 광경로차가 이동하므로, 초점 이동량은 네가티브 방향 (투영 렌즈로부터 멀어지는 방향) 으로 커진다.
도 4 는 반도체 기판 (S) 에 실제적으로 전사되는 패턴 크기와 마스크 패턴 크기의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는 120 도 내지 180 도로의 광경로차를 나타낸다. 도 4 에 나타낸 바와 같이, 광경로차가 180 에 접근하면, 주어진 마스크 패턴 크기에 대하여, 반도체 기판 (S) 에 전사되는 패턴 크기가 작아진다.
도 3 및 도 4 의 그래프로부터 이상적인 광경로차 및 이상적인 마스크 패턴 크기가 결정될 수 있다.
예를 들어, 0.6 ㎛의 초점 이동 길이와 0.25 ㎛ 의 패턴 크기를 얻기 위하여, 0.253 ㎛ 정도의 마스크 패턴 크기를 사용하거나 128 도의 광경로차를 사용하는 것이 적당하다.
이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기는 예를 들어 다음과 같은 방법으로 얻어질 수 있다.
도 3 에 도시한 바와 같이, 파라미터로서 초점 이동의 길이를 사용하여 마스크 패턴 크기와 광경로차의 관계를 나타내므로, 노광될 물질의 표면에 형성된 단차가 0.6 ㎛ 이면, 실제적인 초점 이동은 0.6 ㎛ 로 결정될 수 있다.
따라서, 곡선 (a) 은 도 3 으로부터 선택될 수 있다.
도 4 에 도시한 바와 같이, 파라미터로서 소정의 기판상 또는 노광될 물질에 형성될 소망의 마스크 패턴을 사용하여 마스크 패턴 크기와 광경로차의 관계를 나타내므로, 노광 마스크의 이상적인 패턴 크기가 0.25㎛ 의 크기를 가지면, 곡선 (b) 가 도 4 로부터 선택될 수 있다.
그후, 이들 표는 도 3 에 도시한 바와 같이 서로 중첩되고, 곡선 (a, b) 에 의해 형성된 교차점 (P)이 형성된다.
그후, 교차점 (P) 의 좌표 데이터는 노광 포토마스크의 마스크 패턴 크기와 이 마스크에 형성된 광경로차에 대한 이상적인 데이터를 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 노광 포토마스크를 생산하는 방법의 한형태는 청구항 제 15 항에 따른 노광 포토마스크를 생산하는 벙법으로서, 그 방법은,
파라미터로서 초점 이동을 사용하여 미리 마스크 패턴 크기와 광경로차의 관계를 나타내는 제 1 표를 작성하는 제 1 단계와,
파라미터로서 노광될 물질 또는 소정의 기판상에 형성될 소망의 패턴 크기를 사용하여, 미리 마스크 패턴 크기와 광경로차의 관계를 나타내는 제 2 표를 작성하는 제 2 단계와,
제 1 및 제 2 표로부터 노광될 물질 또는 소망의 기판상에 형성될 소망의 패턴 크기와 단차에 대응하는 초점 이동 정보를 선택함으로써 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기 데이터를 구하는 제 3 단계와,
제 3 단계에서 구한 선택된 광경로차 정보에 응답하여 노광 포토마스크의 소정의 영역에 설치된 투광막과 반투명막중의 적어도 하나의 두께를 조절하는 제 4 단계와,
제 3 단계에서 선택된 마스크 패턴 크기에 응답하여 투명 기판상에 설치된 적어도 반투명막에 소정의 크기를 갖는 홀 패턴을 형성하는 제 5 단계를 구비한다.
그러므로, 본 발명에서, 상술한 바와 같이 미리 제 1 표와 제 2 표를 작성하고 이 2 개의 표를 사용하여 노광 포토마스크의 마스크 패턴 크기와 이 마스크에 형성된 광경로차에 대한 이상적인 데이터를 구하는 것이 중요하다.
한편, 본 발명의 노광 포토마스크는, 단차를 갖는 노광될 물질에 소망의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크가 노광 포토마스크의 제 1 영역에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점과 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점이 서로 다르도록 구성된 단일체를 갖는다는 점에서 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에 의하면, 제 1 및 제 2 영역간의 초점차는 노광될 물질상에 설치된 단차에 대응한다.
본 발명에 있어서, 노광 포토마스크는, 투명 기판과 소정의 홀 패턴을 가지며 투명 기판상에 적층된 반투명막을 구비하는 영역중의 하나와, 투명기판과 소정의 홀 패턴을 가지며 투명 기판상에 적층된 반투명막과 반투명막과 동일한 소정의 패턴을 가지며 반투명막상에 적층된 차광막을 구비하는 영역중의 나머지를 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 노광 포토마스크는, 개별적으로, 투명 기판과 소정의 홀 패턴을 가지고 투명 기판상에 적층된 반투명막을 구비하는 영역중의 하나와, 투명 기판과 소정의 홀 패턴을 가지며 투명 기판상에 적층된 반투명막과 반투명막과 동일한 패턴을 가지며 반투명막상에 적층된 투광막을 구비하는 영역중의 나머지를 구비한다.
더욱이, 본 발명에 있어서, 초점은, 투명 기판에 형성된 영역중의 하나에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 위상과 홀 패턴을 제외하고 투명 기판상에 형성된 동일 영역에 설치된 반투명막 또는 반투명막과 투광막을 통과한 노광의 위상간의 광경로차를 조절함으로써 변화될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 있어서, 노광의 위상은, 투명 기판의 두께 또는 차광막의 두께를 변화시킴으로써 조절될 수 있고, 더 상세하게, 본 발명의 노광의 초점은, 영역중의 하나에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 위상과 홀 패턴을 제외하고 영역에 형성된 반투명막과 투광막을 통과하는 노광의 위상간의 광경로차를 조절함으로써 변화될 수 있다.
본 발명에 있어서, 광경로차는 0 도 내지 180 도에서 선택된 값 또는 180 도 내지 360 도에서 선택된 값으로 설정될 수 있다.
한편, 노광 포토마스크에 설치된 홀 패턴의 크기는 노광될 물질상에 형성될 소정의 패턴의 소망의 크기와 단차에 대하여 결정될 수 있다.
도 5 는 초점 이동에 의한 상기의 경우에 발생하는 치수 이동을 나타낸다.
초점은 치수 이동이 ±10% 내인 범위로 정의되고 도 5 의 점선은 타겟 치수에 대하여 -10% 인 값을 가리킨다.
도 5 로부터 알 수 있듯이, 반도체 기판 (S) 의 단차의 상부와 하부에서 대략 0.8 ㎛ 의 초점을 얻을 수 있다.
도 6 내지 9를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다.
도 6a 와 도 6b 는 각각 도 3 과 4 에 도시한 바와 같이 표 1 과 표 2 에 대응하고 본 발명의 제 2 실시예에 사용되기 위하여 미리 얻어진 시뮬레이션 데이터를 나타낸다.
도 7(a) 및 도 7(b) 는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 노광 포토마스크를 나타낸고, 도 7(a) 는 그 평면도이고, 도 7(b) 는 그 측단면도이다.
도 7(a) 와 도 7(b) 에 도시한 바와 같이, 노광 포토마스크 (M2) 는 마스크 기판으로서 제공되는 글래스 기판을 갖는다. 글래스 기판 (13) 의 제 1 영역 (11) 은 반투명막 (14) 의 단일층에 의해 형성된 패턴을 갖는다.
글래스 기판 (13) 의 영역 (12) 은 반투명막 (14) 에 걸쳐 인가된 투명막 (15) 에 의해 형성된 이중층으로서 형성된 패턴을 갖는다.
투명막 (15) 은 반투명막 (14) 만으로 형성된 제 1 영역 (11) 에 대하여 투과율을 변화시키지 않고 위상을 변화시킬 목적으로 제공된다.
도 8(a) 는 단차를 갖는 반도체 기판과 포토마스크 사이의 관계를 나타내는 측단면도이다.
도 8(a)에서, (도 7(a)에 도시된 것처럼) 마스크 영역 (11) 은 반도체 기판 (S) 의 단차 상부 (17) 에 대응하고, 제 2 마스크 영역 (12) 은 반도체 기판 (S) 의 단차 하부 (18) 에 대응한다.
노광 포토마스크 (M2) 와 반도체 기판 (S) 사이의 위치 관계가 반대가 되도록 할 수 있다.
반투명막 (14) 의 막두께는 완전한 투명부를 통과한 광사이의 광경로차가 초점 이동이 되도록 형성되고, 이것은 반도체 기판 (S) 의 단차 상부 (17) 와 단차 하부 (18) 에서의 단차와 동일하다.
투명막 (15) 의 막두께는 제 2 마스크 영역 (12) 의 반투명막 (14) 과 투명막 (15) 을 통과한 광과 완전한 투명부를 통과한 광 사이의 광경로차가 180 도가 되도록 형성된다.
제 1 마스크 영역 (11) 과 제 2 마스크 영역 (12) 의 패턴 크기는 패턴 (19) 와 패턴 (20) 의 소망의 치수가 단차 상부 (17) 와 단차 하부 (18)에서 얻어지도록 형성된다.
제 2 마스크 영역 (12) 의 패턴 크기가 설계에 따라 형성되면, 제 1 마스크 영역 (11) 의 패턴 크기를 보정할 필요가 있다.
본 실시예에서, 종래의 하프톤법이 제 2 마스크 영역 (2) 에 적용되므로, 반도체 기판 (S) 의 단차 하부 (18) 에 대하여 제 1 실시예보다 넓은 초점을 성취할 수 있다.
제 1 마스크 영역 (11)을 위한 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기를 결정하는 방법은 제 1 실시예와 동일하다.
노광 파장, 광조건, 및 반투명막의 투과율이 제 1 실시예와 동일한 경우, 1:3 피치를 갖는 0.25 ㎛ 홀 패턴이 반도체 기판 (S) 의 단차 상부 및 하부에 형성되는 것으로 가정한다.
이 경우, 대략 160 도의 광경로차와 대략 0.24 ㎛ 의 마스크 패턴 크기가 적당한 시뮬레이션에 의해 판정된다.
도 9 는 상술한 경우의 초점 이동에 의해 발생된 치수 이동을 나타낸다.
도 9 에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판 (S) 의 단차 상부에서 대략 1.1 ㎛ 의 초점을 구하고 반도체 기판 (S) 의 단차 하부에서 대략 1.4 ㎛ 의 초점을 구할 수 있으며, 이들은 동시에 얻어진다. 즉, 단차가 고려될때의 초점은 실질적으로 1.1 ㎛ 이다.
본 실시예에서, 단차의 하부로 구성된 노광될 물질의 표면을 기준 표면으로 하여 노광 포토마스크 (13) 의 영역 (12) 은 기준 영역이 된다.
도 9에서, 백색원을 갖는 곡선은 영역 (12) 의 레지스트에 형성될 패턴의 임계 치수 (CD)를 나타내고, 흑색원을 갖는 곡선은 영역 (11) 의 레지스트에 형성될 패턴의 임계 치수 (CD)를 나타낸다.
제 1 마스크 영역 (11)을 위한 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기는 기준으로서 영역 (12) 을 위한 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기를 고정하여 본 발명의 제 1 실시예에서 설명한 것과 동일한 방법으로 얻어질 수 있다.
본 발명의 이들 실시예로 명백히 알 수 있는 바와 같이, 단차를 갖는 노광될 물질상에 소망의 패턴을 전사하기 위한 노광 포토마스크를 생산하는 방법은, 단차에 대응하는 단일 투명 기판의 제 1 영역과 제 2 영역을 형성하는 단계와, 영역중의 하나에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점을 영역중의 나머지에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광과 다른 값으로 설정하는 단계 및 소정의 홀 패턴을 통해 노광될 물질을 노광하여 영역의 각각에 소망의 홀 패턴을 형성하는 단계를 구비한다.
본 방법에서, 제 1 영역은 단차의 하부에 대응하도록 설치되고 제 2 영역은 단차의 상부에 대응하여 설치되며, 제 1 영역에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점은 제 2 영역에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광과 다른 값으로 설정된다.
본 발명에서, 본 발명의 노광 포토마스크를 생산하는 방법은 제 1 및 제 2 영역의 적어도 하나의 표면이 초점의 기준 표면으로서 선택되고 기준 표면으로서 선택되고, 기준 표면으로서 선택된 영역으로부터 분리된 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점은 기준 표면에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점보다 깊거나 얕은 값으로 결정된다.
그러므로, 본 발명의 특정한 일실시예에서, 초점의 기준 표면은 단차의 중간부에 형성되고, 제 1 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점은 기준 표면보다 깊거나 얕은 소정의 초점에 설정되고 제 2 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점은 기준 표면보다 얕거나 깊은 소정의 초점에 설정된다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 노광 포토마스크를 설명한다.
제 3 실시예에서, 기준 표면은 단차의 위치 중간부에 설정된다.
이 노광 포토마스크의 구성과 기판 (S) 에 대한 노광 포토마스크의 위치 관계는 도 7 과 도 8 에 도시한 제 2 실시예와 동일하다.
그러나, 제 1 마스크 영역 (11) 의 반투명막 (14)을 통과한 광과 완전한 투명부를 통과한 광 사이의 광경로차가 0 도로부터 (또는 180 도로부터) 포지티브 방향 (투영 렌즈에 접근하는 방향) 으로 이동하고, 제 2 마스크 영역 (12) 의 반투명막 (14) 과 투명막 (15) 을 통과한 광과 완전한 투명부를 통과한 노광 사이의 광경로차가 0도부터 (또는 180도부터) 네가티브 방향 (투영 렌즈로부터 멀어지는 방향) 으로 이동된다.
제 1 실시예에 대하여 서술한 바와 같이, 0 또는 180 도 부근의 광경로차로, 초점 이동 방향은 상부에서 하부로 역행된다. 그러므로, 제 1 과 제 2 실시예보다 큰 초점을 얻을 수 있다.
이상적인 광경로차와 마스크 패턴 크기를 결정하는 방법은 제 1 과 제 2 실시예에서 서술한 것과 동일하다.
그러나, 제 1 마스크 영역 (11)에서 발생하는 광경로차가 제 2 마스크 영역 (12)에서 발생하는 광경로차와 동일하면, 반도체 기판 (S) 상의 패턴 크기는 단차의 상부와 하부에서 동일하므로, 광경로차를 고려해야 한다.
노광 파장, 광조건, 및 반투명막 투과율이 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 경우, 1:3 피치를 갖는 0.25 ㎛ 홀 패턴이 반도체 기판 (S) 의 단차 상부 및 하부에 형성되는 것으로 가정한다.
이 경우, 제 1 마스크 영역에서의 대략 130 도의 광경로차와 제 2 마스크 영역에서의 대략 -130 도 (=230) 의 광경로차가 적절한 시뮬레이션에 의해 판정된다.
도 10 은 상술한 경우에서 초점 이동에 의해 발생된 치수 이동을 나타낸다. 도 10 에 나타낸 바와 같이, 반도체 기판 (S) 의 단차 상부와 하부에서 동시에 대략 0.8 ㎛ 의 초점을 얻을 수 있다. 즉, 단차를 고려할때의 초점은 실질적으로 0.8 ㎛ 이다.
본 발명의 제 3 실시예에서, 상술한 바와 같이, 기준 표면은 제 1 영역과 제 2 영역에서 단차 높이의 중심부에 위치하므로, 서로 다른 노광 포토마스크가 작성되고 서로 독립적으로 사용된다.
그러므로, 제 3 실시예에서, 도 3 과 4 에 도시한 바와 같은 적어도 2 셋트의 시뮬레이션 데이터가 필요하다.
본 발명의 제 3 실시예에 있어서, 파라미터로서 초점 이동을 이용하여 상기 마스크 패턴 크기와 상기 광경로차 사이의 관계와 파라미터로서 노광될 물질 또는 소정의 기판상에 형성될 소망의 마스크 패턴 크기를 사용하여 상기 마스크 패턴 크기와 상기 광경로차 사이의 관계에 대한 시뮬레이션중의 하나로서, 도 3 과 도 4 에 도시한 시뮬레이션 데이터는 0 내지 180 도의 광경로차에 사용될 수 있고 다른 시뮬레이션 데이터로서, 도 13 과 도 14 에 도시한 시뮬레이션 데이터가 180 내지 360 도의 광경로차에 사용될 수 있다.
도 13 과 도 14 에 도시한 시뮬레이션 데이터는 각각 도 3 과 도 4 에 도시한 미러 이미지를 갖는다.
그러므로, 본 발명의 제 3 실시예에서, 제 1 마스크 영역 (11) 과 제 2 마스크 영역 (12)을 위한 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기는 본 발명의 제 1 실시예에서 설명한 것과 동일한 방법으로 얻어질 수 있다.
도 11 은 도 1 에 도시한 본 발명에 의한 노광 포토마스크를 제조하는 방법을 나타내는 도면이다. 먼저, 도 11a 에 도시한 바와 같이, 글래스 기판 (21) 상에 MoSi 기재 반투명막 (22), SiO2막 (23), 크롬막 (24), 및 레지스트 (25) 이 연속적으로 적층된다.
MoSi 기재 반투명막 (22) 은 적절한 투과율을 제공하는 막두께를 갖도록 조절된다. 크롬막 (24) 은 완전히 광을 차단하는 막두께를 갖는다. SiO2막 (23) 은 마스크로 사용되는 노광에 대하여 투명하다.
다음으로, 도 11b 에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴이 형성되고 이 패턴이 마스킹되고, MoSi 기재 반투명막 (22) 까지 에칭이 수행되고, 레지스트 (25) 가 박리된 후에 도 11c 에 도시한 상태를 얻는다.
그후, 레지스트 (26) 는 크롬막 (24) 상에 인가되고, 도 11d 에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴이 (26) 이 제 1 영역에만 잔존하도록 레지스트 패턴이 형성된다. 레지스트는 마스킹되고 크롬막 (24) 만이 에칭되어, 도 11e 에 도시한 바와 같은 결과물이 발생하고, 이것은 본 발명에 의한 노광 포토마스크를 완료한 것이다. 이 구조에서, SiO2막은 에칭 스토퍼로서 제공된다.
반투명막을 제조하는 방법이 MoSi 기재 차광막에 의해 형성되었지만, 이것에 한정되는 것은 아니며 적절한 차광 특성과 투과율을 갖는 막을 크롬 대신에 사용할 수 있다.
반투명막의 두께 때문에 광경로차가 발생하므로, MoSi 기재 반투명막의 투과율과 두께를 조절함으로써 광경로차를 얻을 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 제한되는 것은 아니며, 청구항에 인용된 기술적 한계내에서 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 본 발명의 상술한 실시예는 248 ㎚ 의 노광 파장, 0.25 ㎛ 홀 패턴, 1:3 의 피치, 및 5% 의 반투명막 투과율이 적용되었지만, 이들은 노광 파장, 패턴 형상, 패턴 치수, 또는 투과율에 대하여 부과되는 제한이며, 필요에 따라 이들 파라미터는 변형이 가능하다.
이들이 변화하여도, 각각의 파라미터를 최적화하기 위하여 시뮬레이션 또는 실험을 사용하여 본 발명의 상술한 실시예에서 얻어진 것과 동일한 종류의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 차광막으로 형성된 영역과 반투명막으로 형성된 막을 갖는 노광 포토마스크가 설치되고, 상술한 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광 사이의 이상적인 광경로차, 및 이상적인 마스크 패턴 크기는 노광될 물질의 단차와 소망의 패턴 크기에 기초하여 결정되어, 반도체 기판 (S) 의 단차 상부와 단차 하부와 동일한 거리만큼 초점 위치를 이동할 수 있다.
그러므로, 단차 상부와 단차 하부상의 이상적인 초점 위치에 소망의 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 단차의 존재에 의해 실질적으로 제한된 초점을 향상시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 단차를 갖는 노광될 물질에 소망의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크에 있어서, 상기 노광 포토마스크는, 상기 노광 포토마스크의 제 1 영역에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점과 상기 제 1 영역과 다른 제 2 영역에 설치된 홀 패턴을 통과하는 노광의 초점이 서로 다르도록 구성되는 단일체를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 영역 사이의 초점의 차가 노광될 물질상에 설치된 단차에 대응하는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 노광될 물질은 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 노광 포토마스크는, 투명 기판과 소정의 홀 패턴을 갖고 상기 투명 기판상에 적층된 반투명막을 구비하는 상기 영역중의 하나와, 투명 기판과 소정의 홀 패턴을 가지고 상기 투명 기판상에 적층되는 반투명막과 상기 반투명막과 동일한 소정의 홀 패턴을 갖고 상기 반투명막상에 적층된 차광막을 구비하는 상기 영역중의 나머지를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 노광 포토마스크는, 투명 기판과 소정의 홀 패턴을 갖고 상기 투명 기판상에 적층된 반투명막을 구비하는 상기 영역중의 하나와, 투명 기판과 소정의 홀 패턴을 갖고 상기 투명 기판상에 적층된 반투명막과 상기 반투명막과 동일한 소정의 홀 패턴을 가지며 상기 반투명막상에 적층된 투광막을 구비하는 상기 영역중의 나머지로 구성된 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 초점은, 상기 투명 기판에 형성된 상기 영역중의 하나에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 위상과, 상기 홀 패턴을 제외하고 상기 투명 기판에 설치된 상기 동일 영역에 설치된 상기 반투명막 또는 상기 반투명막과 상기 투광막을 통과한 노광의 위상 사이의 광경로차를 조절함으로써 변화하는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 노광의 상기 위상은 상기 반투명막의 두께 또는 상기 투광막의 두께를 변화시킴으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 노광의 상기 초점은, 상기 영역중의 하나에 설치된 상기 홀 패턴을 통과한 상기 노광의 위상과 상기 홀 패턴을 제외하고 상기 영역에 형성된 상기 반투명막과 상기 투광막을 통과한 상기 노광의 위상 사이의 광경로차를 조절함으로써 변화하는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 광경로차는 0 도 내지 180 도에서 선택된 값 또는 180 도 내지 360 도에서 선택된 값으로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 노광 포토마스크에 설치된 상기 홀 패턴의 크기는, 노광될 물질상에 형성될 소정의 패턴의 소망의 크기와 상기 단차에 대하여 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  11. 단차를 갖는 노광될 물질상에 소망의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크에 있어서, 차광막으로 형성된 제 1 영역, 및 반투명막으로 형성된 제 2 영역을 구비하고, 상기 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광 사이의 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기는 상기 소망의 패턴의 크기와 노광될 상기 물질의 상기 단차에 기초하여 결정되고, 상기 패턴은 상기 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 반투명막의 두께는, 상기 반투명막을 통과한 노광과 완전한 반투명부를 통과한 노광 사이의 광경로차가 상기 노광될 물질의 단차와 거의 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  13. 단차를 갖는 노광될 물질에 소망의 패턴을 전사하는 노광 포토마스크에 있어서, 반투명막으로 형성된 제 1 영역과, 상기 반투명막과 투광막으로 형성된 2층 구조를 갖는 제 2 영역을 구비하며, 상기 노광 포토마스크는, 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기를 사용하여 형성되고, 상기 이상적인 광경로차와 상기 이상적인 마스크 패턴 크기는, 상기 소망의 패턴의 크기와 노광될 상기 물질의 상기 단차에 기초하여, 완전한 투명부와 상기 반투명막에 의해 형성된 영역을 통과한 노광간의 이상적인 광경로차와 완전한 투명부에 의해 형성된 영역을 통과한 노광과 상기 반투명막과 상기 투광막에 의해 형성된 상기 2층 구조 영역을 통과한 노광 사이의 이상적인 광경로차를 구함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 반투명막의 두께는 상기 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광 사이의 광경로차가 상기 노광될 상기 물질의 단차와 거의 동일하도록 형성되고, 상기 투광막의 두께는 상기 반투명막을 통과한 노광과 완전한 투명부를 통과한 노광 사이의 광경로차가 180 도 부근에서 설정되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크.
  15. 단차를 갖는 노광될 물질에 소망의 패턴을 전사하기 위한 노광 포토마스크를 생산하는 방법에 있어서, 상기 단차에 대응하는 단일 투명 기판의 제 1 영역과 제 2 영역을 형성하는 단계, 상기 영역중의 하나에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점을 상기 영역중의 다른 하나에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점과 다른 값으로 설정하는 단계, 및 소정의 홀 패턴을 통해 노광될 물질을 노광하여 상기 영역의 각각에 소망의 홀 패턴을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크를 생산하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 상기 단차의 하부에 대응하여 설치되고, 상기 제 2 영역은 상기 단차의 하부에 대응하여 설치되고, 상기 제 1 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점은 상기 제 2 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광과 다른 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크를 생산하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역의 표면중의 어느 하나가 상기 초점의 기준 표면으로서 선택되고, 기준 표면으로서 선택된 표면의 상기 영역으로부터 떨어진 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점은 상기 기준 표면에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 상기 초점보다 깊거나 얕은 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크를 생산하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 초점의 기준 표면은 상기 단차의 중간부에 형성되고, 상기 제 1 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점이 상기 기준 표면보다 깊거나 얕은 소정의 초점에서 설정되고 상기 제 2 영역에 설치된 홀 패턴을 통과한 노광의 초점은 상기 기준 표면보다 얕거나 깊은 소정의 초점에서 설정되는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크를 생산하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 방법은, 파라미터로서 초점 이동의 길이를 이용하여, 미리 상기 마스크 패턴 크기와 상기 광경로차간의 관계를 나타내는 제 1 표를 작성하는 제 1 단계, 파라미터로서 노광될 물질 또는 소정의 기판상에 형성될 소망의 마스크 패턴 크기를 이용하여, 미리 상기 마스크 패턴 크기와 상기 광경로차간의 관계를 나타내는 제 2 표를 작성하는 제 2 단계, 상기 제 1 및 제 2 표로부터, 노광될 물질 또는 소망의 기판상에 형성될 소망의 마스크 패턴 크기와 상기 단차에 대응하는 초점 이동 정보의 길이를 선택함으로써 이상적인 광경로차와 이상적인 마스크 패턴 크기를 구하는 제 3 단계, 상기 제 3 단계에서 구한 상기 선택된 광경로차 정보에 응답하여 상기 노광 포토마스크의 소정 영역에 설치된 상기 반투명막과 상기 투광막중의 적어도 하나의 두께를 조절하는 제 4 단계, 및 상기 제 3 단계에서 선택된 상기 마스크 패턴 크기에 응답하여 투명 기판상에 설치된 적어도 상기 반투명막에 소정의 크기를 갖는 홀 패턴을 형성하는 제 5 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 포토마스크를 생산하는 방법.
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