KR19990023707A - 위상 전이 마스크 - Google Patents

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KR19990023707A
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Abstract

본 발명의 리소그래피(lithography)용으로 사용하기 위한 서브 파장(sub-wavelength) 구조를 사용하는 위상 전이 마스크(phase shift mask)에서는, 제 1 위상(phase)의 제 1 투광성 층(first transmissive layer)이 제공되며, 또한 제 2 위상의 제 2 투광성 층(second transmissive layer)이 제공된다. 제 1 영역과 제 2 영역 간의 천이 영역(transition)에는 다수의 서브 파장의 주기적 구조(sub-wavelength periodic structures)가 배치된다. 이 구조는 제 1 및 제 2 측부(side)를 가진다. 이 구조는 제 1 측부에 따른 유효 굴절율(effective refractive index)이 제 1 투광성 재료의 굴절율에 근사하게 되고 제 2 측부에 따른 유효 굴절율이 제 2 투광성 재료의 굴절율에 근사하게 되도록 하는 형상을 가진다. 이같은 구성에 의해, 유효 굴절율은 제 1 측부에 따른 상기 제 1 투광성 재료의 것으로부터 상기 제 2 측부에 따른 제 2 투광성 재료의 것으로 점차적으로 변한다. 이같은 유효 굴절율의 점차적인 변화에 의해, 상기 제 1 측부의 제 1 위상으로부터 상기 제 2 측부의 제 2 위상으로 점차적으로 위상이 변함으로써 위상 변화 천이에 연관된 인텐시티 널(intensity null)이 실질적으로 제거된다

Description

위상 전이 마스크
본 발명은 집적 회로의 제조를 위해 포토리소그래피(photolithography)에서 사용하는 위상 전이 마스크(phase shift mask)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 위상이 서로 다른 상호 인접한 위상 전이 마스크 영역들 간에 천이 영역(transition region)을 형성하여 위상 전이 마스크들에 의해 발생되는 인텐시티 널(intensity null: 이는 광 강도(intensity)가 영(0)으로 되는 것을 의미함)을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
집적 회로를 제조할 때, 마스크 상에 그려진 패턴 이미지(pattern image)를 재현하기(reproducing) 위해서 포토리소그래피를 사용한다. 패턴 이미지는 실리콘 이산화물 웨이퍼(silicon dioxide wafer)와 같은 특정하게 에칭할 제품의 층 위에 부착되는 얇은 포토 레지스트(photoresist) 층 상에 형성된다. 포토 레지스트의 노출 후, 그 레지스트가 포지티브 레지스트(positive resist)인 경우에는 그 레지스트의 조사된 영역(irradiated areas)을 적절한 현상 물질(developing material)로 용해시키고(dissolved), 네거티브 레지스트(negative photoresist)인 경우에는 조사되지 않은 영역을 용해시킨다.
반도체 소자는 고밀도로 집적되기 때문에, 고정밀도로 미세한(fine) 레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래픽 기법이 활발하게 연구되어 왔다. 도 1에는, 이러한 패턴 구조를 형성하는데 사용되는 축소 투사 노출 장치(reducing projection exposure apparatus)가 도시된다.
이 노출 장치에 있어서, 웨이퍼(15)는 그 위에 사전설정된 두께의 레지스트가 배치된 것으로서, 이 웨이퍼(15)는 웨이퍼 스테이지(wafer stage)(14) 위에 놓인다. 광원(11)으로부터의 광은 사전설정된 패턴, 즉, 레티클(reticle)(12)이 위에 형성된 포토 마스크를 통과하고, 그 다음 축소 투사 렌즈(reducing projection lens)(13)를 통해 웨이퍼(15) 상의 레지스트에 투사된다. 또한, α1은 광축(optical aixs)과 웨이퍼의 교점을 투사 렌즈 출력부(exit pupil)의 반경과 연결함으로써 형성되는 각도를 나타낸다.
일반적으로, 축소 투사 노출 장치의 분해능(resolution : R)의 한계는 투사 렌즈의 개구수(numerical aperture : NA = sinα1) 및 다음의 수학식 1에서 보여지는 바와 같은 광 파장(wavelength of light)(γ)에 의하여 표현된다. 다음의 수학식 1에서, k1은 레지스트 성능을 나타내는 상수(constant)이다.
또한, 레지스트 패턴을 실제적으로 형성하는 경우, 기판의 굴곡부(curve) 또는 단차부(step)의 차이때문에 다음의 수학식 2에서 보여지는 초점 심도(depth of focus : DOF)가 필요하다. DOF는 일반적으로 1.5㎛(microns) 이상으로 설정된다. 다음의 수학식 2에서, k2는 상수이다.
한편, 수학식 1에 따라 γ를 감소시키거나 NA를 증가시켜 축소 투사 노출 장치에 의해 미세 노출 패턴을 형성할 수도 있다고 생각했다. 그러나, γ가 감소되는 경우에는 렌즈를 제조하는 것이 매우 어렵게 되며, NA가 증가되는 경우에는 DOF가 감소한다. 그러므로, 노출 장치의 포토 레지스트 재료 내에 미세 레지스트 패턴(the fine resist pattern)을 만드는 데에는 제약이 따르기 때문에, 적어도 파장과 동일한 분해능의 패턴을 형성하는 것은 실제적으로 어렵다.
위상 전이 마스크를 사용하여 레지스트 패턴을 생성하는 방법은 레지스트 재료와 노출 장치에 의해서 제약을 받지 않는 미세 레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법으로 발전해 왔다.
광학적 리소그래피(optical lithography)를 위한 위상 전이 마스크 기술은 잘 알려져 있다. 코히어런트(coherent) 또는 부분적인 코히어런트 소스(coherent source)로부터의 광이 마스크에 의해서 상호 중첩되는 2개 이상의 빔으로 분할되는 경우, 상호 중첩 영역의 광 강도는 각 점마다(from point to point) 광 비임 내의 모든 광의 강도 총계를 초과하는 최대값과 영(0)일 수도 있는 최소값 사이에서 변하게 되는데, 이 현상을 간섭(interference)이라 한다. 이 간섭적인 최대값과 최소값의 위치 및 강도는 패턴 설계(pattern design)의 조정 및 광 비임의 의도적인 위상 변경에 의한 위상 전이에 따라 영향을 받는다. 이 결과, 보다 높은 공간 주파수 객체의 결상(imaging of higher spartial frequency objects), 에지 콘트라스트(edge contrast)의 향상, 노출 허용 범위의 확대 및/또는 초점 심도의 향상이 가능하게 된다.
위상 전이는 전형적으로 마스크 상에 여분의 패터닝된 투광성 재료 층(또는 층들)(extra patterned layer (or layers) of transmissive material)을 도입함으로써 이루어진다. 이 위상 전이는 한편 마스크 기판을 다양한 두께로 에칭하여 효과적으로 적어도 하나의 여분 층을 제공하는 것에 의해서도 구현될 수 있다. 광이 기판 및 여분 층을 통하여 전파함에 따라, 광의 파장은 제각기 기판 및 여분 층의 굴절율(refractive index)에 의해서 주변 대기(ambient air)의 파장으로부터 감소된다.
여분 재료 층을 통과한 또는 여분의 재료 층을 통과하지 않은 두 비임 간의 광로차(optical path difference : OPD)는 다음의 수학식 3에 의해서 주어진다. 이 수학식 3에서, n은 여분 층의 굴절율이고 a는 여분의 층의 두께이다.
위상차는 광로차를 투과된 광의 (진공에서의) 파장으로 나눈 값에 비례한다. 일반적으로 위상 전이는 180°(즉, 파장의 1/2)인 것이 바람직하다. 추가된 층은 일반적으로 위상 전이기(phase shafter)로서 여겨진다.
따라서, 위상 전이는, 포토리소그래피 마스크 내의 두 인접한 개구를 통해 투과된 광파들이 서로 180°위상차를 갖게 하여 파괴적인 간섭이 두 개구에 의해 형성된 이미지들 간의 강도를 최소화하도록 함으로써 구현된다. 어떤 광학 시스템은 위상 전이가 없는 대응 투광체(corresponding transmission object)보다 양호한 분해능 및 높은 콘트라스트를 가진 위상 전이 투광체를 투사할 것이다. 이같은 분해능 및 콘트라스트의 향상은 집적 회로의 제조에 있어서 전형적인 미세 선 광학 포토리소그래피(fine line optical photolithography)에서 상당히 유익하다.
도 2a 및 도 2b는 위상 전이 마스크의 구조와 원리를 보인 것이다. 도 2a는 위상 마스크(10)의 구조에 대한 개략도이다. 도 2b는 도 2a에 도시한 위상 전이 마스크에 코히어런트 광(coherent light)을 부분적으로 인가하고 회절된(diffracted) 광을 렌즈에 의해 집속시키는 경우 렌즈의 광축에 수직한 표면상의 광 강도 분포(light intensity distribution)를 도시한 그래프이다. 이들 도면(도 2a 및 도 2b)을 참조하면, 위상 전이 마스크(10)는 수정 기판(quartz substrate)(2)과 위상 전이기(1)를 포함한다. 또한, 도 2b에서, 광 강도가 거의 영(0)의 값을 가지는 점(4)은 위상 전이기(1)의 에지(3)에 대응한다.
위상 전이 마스크(10)는 레티클(reticle)로서 사용된다. 광원(11)으로부터의 광을 축소 투사 노출 장치에 의해 포토 레지스트가 위에 있는 웨이퍼(15)에 인가하는 경우, 광원(11)으로부터의 광은 위상 전이기(1)의 에지(3)에 의해서 회절된다. 따라서, 위상 전이기(1)의 에지(3) 바로 밑에 광 강도가 낮아진 영역이 형성된다. 도 2b에 도시된 광 강도 분포를 가지는 투과된 광을 그 다음 포토 레지스트가 위에 있는 웨이퍼에 인가한다. 웨이퍼(15) 상의 포토 레지스트에 대해 그 다음 패턴 노출 및 일반적인 현상을 수행한다.
그 결과, 광 파장의 1/2에 상당하는 정밀도를 가진 미세한 포토 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 네거티브형의 레지스트(negative type resist)를 웨이퍼(15) 상의 레지스트로서 사용하는 경우, 위상 전이 마스크(10)의 에지(3) 바로 밑에 개방 패턴(opening pattern)이 형성된다. 한편, 포지티브형의 레지스트(positive type resist)를 사용하는 경우, 위상 전이 마스크(10)의 에지(3) 바로 밑에 있는 포토 레지스트가 웨이퍼(15) 상에 남겨지며, 선(line) 형태의 포토 레지스트 패턴이 웨이퍼 상에 형성된다.
위상 전이 마스크를 사용하는 경우에 직면하게 되는 한가지 문제점은 마스크의 두 인접한 영역들이 서로 다른 위상을 갖는 경우에 발생한다. 예를 들면, 도 3a의 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 마스크는 위상 0°의 영역 A 및 위상 180°의 영역 B를 포함하며, 여기서, 영역 A와 영역 B는 반도체 영역과 같은 하나의 특징부를 규정하는 두개의 인접한 구조를 웨이퍼 상에 인쇄하는데 사용된다. 영역 A와 B의 양측에 있는 영역(16, 18)은 크롬과 같은 재료로 덮여져 있는 마스크의 노출되지 않은 불투명한 부분이다.
(광학계로부터 이해되는 바와 같은) 도 3a에 도시된 마스크에서는, 도 3b에 도시된 바와 같이 영역 A와 B 사이의 접합부에서 웨이퍼 상에 형성된 이미지의 인텐시티 널(intensity nill)이 나타난다. 이 바람직하지 않은 인텐시티 널(20)은 도 3b에 반전형 지역 이미지 강도(inverted areal image intensity)(점선)로 도시된다. 도 3b에서는, 영역 A와 B로 정의되는 직선형의 명확하게 규정된 선 대신에, 천이 영역에 노출되지 않은 부분(점선)이 나타난다. 전형적인 용도에서, 이것은 영역 A와 B에 의해 규정된 반도체 영역이 상당히 바람직하지 못한 불연속성을 포함할 수도 있음을 의미한다.
이 문제에 대한 간단한 해법은 트림 마스크(trim mask) 및 노출되지 않은 부분을 노출시키는 제 2 노출 수단을 사용하는 것으로서, 이 해법에서는 포토 레지스트에 인가되는 전체 도우즈(dose)를 균등화시키려 한다. 그러나, 이 가외적인 공정으로 인해서 마스킹 공정의 비용 및 복잡성이 증대된다.
다수의 다른 기법이 이 문제의 해결을 위해 제안되어 왔다. 그들 기법 중의 하나는 0°위상 전이와 180°위상 전이 사이의 중간 영역들(intermediate regions)을 사용하는 것이다. 이해할 수 있는 바와 같이, 위상 전이 마스크와 관련해 볼 때, 전형적으로 0°위상은 그 영역 상에 위상 전이기 층이 없음을 의미한다. 한편, 180°위상은 마스크의 그 영역 상에 최대 두께의 투명한 재료(transparent material)(위상 전이기 층)가 있음을 의미한다.
중간 영역의 두께는 최대 두께의 일부에 해당될 것이다. 예를 들어, 90°위상 전이 층의 두께는 180°위상 전이 층 두께의 절반에 해당될 것이다. 이같은 기법에 의하면 인텐시티 널 덕분에 분해능이 향상되지만, 만족스러운 결과를 얻는데 종종 수개의 위상 전이 천이 층(phase shift transition layer)이 필요케 된다. 심지어는, 도 4a에 도시한 바와 같이 수개의 위상 전이 층을 사용해도, 그 결과의 강도 분포(resulting intensity distribution)는 도 4b에 도시되는 바와 같이 여전히 최적의 상태에 미치지 못한다. 도 4a는 각각 0°, 60°, 120°, 180°의 위상차를 가진 위상 전이 층(22, 24, 26, 28)을 도시한다. 도 4b에 명확하게 도시되는 바와 같이, 위상 전이 층들(22, 24, 26, 28) 간의 천이와 연관된 인텐시티 널(30, 32, 34)은 완전히 제거되지 않았다.
또한, 이 기법에 의하면, 마스크 마스킹의 비용 및 복잡성이 상당히 증대되는데, 그 이유는 다양한 위상 전이 층의 제조에 다수의 에칭 공정(multiple etch process)이 필요하기 때문이다.
이 문제를 해결하기 위한 또 다른 기법은 0°위상 두께(전형적으로는 영(0)임)로부터 180°위상 두께(전형적으로 최대 두께)로의 경사를 이루는 경사 영역을 사용하는 것이다. 이 기법도 최적 결과에 미치지 못하는 결과를 나타낸다. 경사 영역은 제조하기가 매우 힘들며 경사의 각도는 중요하기 때문에, 마스크 제조의 비용 및 복잡도가 상당히 증대된다.
머레이(Muray)의 미국 특허 제 5,246,800호에 개시되어 있는 또 다른 기법은 0°위상 층과 180°위상 전이 층 사이의 천이를 위해 이산적인 톱니 프로파일(discrete tooth profile)을 사용한다. 이 기법은, 그 나름대로의 장점을 지니고 있기는 하나, 서브 파장 영역(sub-wavelength)에서는 동작하지 않는 서브 분해능 구조(sub-resolution structure)에 기초하고 있다.
위상 전이 층들 간의 천이 구조는 서브 분해능 크기를 갖는데, 여기서, 톱니들 간의 피치(pitch between teeths)(Ω)는 다음 수학식 4로부터 계산된다. 수학식 4에서 γ는 광의 파장이고 NA는 개구수이다.
또한, 적어도 3개의 물리적인 두께를 갖는 위상 전이 층이 필요하고 2개의 레벨 구조는 적합하지 않을 것이므로, 이전의 기법들과 같이, 다수의 에칭 공정이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 위상 전이 마스크(phase shift mask) 상의 위상 전이 층들(phase shifting layers)에 의해 야기되는 인텐시티 널(intensity null)을 제거하는 위상 전이 천이(phase shifting transition)를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 위상 전이 마스크 상의 위상 전이 층들에 의해 야기되는 인텐시티 널을 제거하기 위해 포토 마스크 상에 서브 파장 구조(sub-wavelength structure)를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수 에칭 공정(multiple etch process)의 필요성을 제거하는 기법으로서 위상 전이 마스크 상의 위상 전이 층에 의해 야기되는 인텐시티 널을 제거하기 위한 기법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다수 노출 공정(multiple exposure process)의 필요성을 제거하는 기법으로서 위상 전이 마스크 상의 위상 전이 층에 의해 야기되는 인텐시티 널을 제거하기 위한 기법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 위상 전이 마스크 상의 위상 전이 층들에 의해 야기되는 인텐시티 널을 제거하기 위한 비용이 적게 들고 복잡성이 낮은 기법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 축소 투사 노출 장치의 구조를 도시한 도면,
도 2a 및 도 2b는 위상 전이 마스크의 구조 및 결과의 강도 분포를 도시한 도면,
도 3a 및 도 3b는 종래 기술의 위상 전이 마스크 및 결과의 웨이퍼 이미지를 도시한 도면,
도 4a 및 도 4b는 종래 기술의 다중 층 위상 전이 마스크 및 결과의 강도 분포를 도시한 도면,
도 5a는 본 발명에 따른 위상 전이 마스크의 제 1 실시예에 대한 측면도,
도 5b는 도 5a에 도시된 위상 전이 마스크의 평면도,
도 5c는 도 5a에 도시된 위상 전이 마스크를 위한 위상 프로파일을 도시한 도면,
도 5d는 도 5a에 도시된 위상 전이 마스크로부터 생기는 강도 분포를 도시한 도면,
도 5e는 도 5a의 A-A 선에 따른 단면도,
도 5f는 도 5a의 B-B 선에 따른 단면도,
도 6a는 본 발명에 따른 위상 전이 마스크의 제 2 실시예에 대한 측면도,
도 6b는 도 6a에 도시된 위상 전이 마스크의 평면도,
도 6c는 도 6a에 도시된 위상 전이 마스크의 위상 프로파일을 도시한 도면,
도 6d는 도 6a에 도시된 위상 전이 마스크로부터 생기는 강도 분포를 도시한 도면,
도 6e는 도 6a의 C-C 선에 따른 단면도,
도 6f는 도 6a의 D-D 선에 따른 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
50, 80 : 위상 전이 마스크 52, 82 : 제 1 영역
54, 84 : 제 2 영역 56, 86 : 제 1 투광성 재료
56a, 86a : 제 1 표면 56b, 86b : 제 2 표면
56c, 86c : 단차부 60, 90 : 천이 영역
62, 92 : 다수의 주기적인 구조 64, 94, 96 : 돌출부
66, 98 : 피치 68, 100 : 제 1 측부
70, 102 : 제 2 측부 72, 104 : 제 1 폭
74, 106 : 제 2 폭
따라서, 본 발명에 따른 포토리소그래피(photolithography)에 사용하기 위한 서브 파장 구조를 사용하는 위상 전이 마스크에서는, 인텐시티 널 문제에 대한 해결 방법이 서브 파장 주기적 구조의 효율적인 매체 이론(effective medium theory of sub-wavelength periodic structures)에 기초한다. 제 1 영역을 포함하고, 제 1 위상을 가지며, 제 1 굴절율(refractive index)을 가지는 제 1 투광성 재료(first transmissive material)의 층이 제공된다. 제 2 투광성 재료의 층(layer of second transmissive material)도 제공된다. 제 2 투광성 재료의 층은 제 2 영역을 포함하고, 제 2 위상을 가지며, 제 2 굴절율을 가진다.
제 1 투광성 재료의 다수의 주기적인 구조는 제 1 영역과 제 2 영역 간의 천이 영역에 위치한다. 구조들 간의 피치(pitch between the structures)는 포토리소그래피 공정에서 사용되는 광의 파장보다 작다. 이 구조들은 제 1 및 제 2 측부(side)를 가지며, 제 1 측부는 제 1 영역에 근접하고, 제 2 측부는 제 2 영역에 근접한다.
이들 구조는, 제 1 측부에 따른 유효 굴절율(effective refractive index)이 제 1 투광성 재료의 굴절율에 근사하고 제 2 측부에 따른 유효 굴절율이 제 2 투광성 재료의 굴절율에 근사하게 되도록 하는 형상을 갖는다. 따라서, 이같은 구성에 의하면, 제 1 측부에 따른 제 1 투광성 재료의 굴절율로부터 제 2 측부에 따른 제 2 투광성 재료의 굴절율로 유효 굴절율이 점차적으로 변하게 된다. 이같은 유효 굴절율의 점차적인 변화는 또한 결과적으로 제 1 측부의 제 1 위상으로부터 제 2 측부의 제 2 위상으로 위상이 점차적으로 변하게 함으로써 위상 변화 천이와 연관된 인텐시티 널이 제거되게 한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 관점 및 장점은 다음의 상세 설명, 특허청구범위 및 도면을 참조함으로써 더욱 잘 이해될 것이다.
도 5a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 위상 전이 마스크(50)의 일부분에 대한 측면도를 도시한다. 이 위상 전이 마스크(50)는 전형적으로 제 1 및 제 2 영역(52, 54)을 포함한다. 제 1 및 제 2 영역(52, 54)은 제 1 및 제 2 투광성 재료(56, 58)를 포함하며, 이들 투광성 재료는 바람직하게는 제각기 수정 및 공기이다. 제 1 투광성 재료(56) 및 제 2 투광성 재료(58)는 각각 제 1 및 제 2 굴절율을 가진다.
제 1 투광성 재료(56)는 또한 제 1 표면(56a) 및 제 2 표면(56b)을 포함하며, 제 1 표면(56a)은 제 1 영역(52) 내에 존재하고 제 2 표면(56b)은 제 2 영역(54) 내에 존재한다. 단차부(stepped portion)(56c)는 제 1 표면(56a)이 제 2 표면(56b)보다 위쪽에 위치하도록 제 1 표면(56a)과 제 2 표면(56b) 사이의 천이 영역(60)에 제공됨으로써, 제 1 표면(56a)에 있는 제 1 투광성 재료(56)는 제 1 위상을 발생하고 제 2 표면(56b)에 있는 제 1 투광성 재료(56)는 제 2 위상을 발생한다. 도 5c의 점(76, 78)으로 도시된 바와 같이 제 1 위상은 바람직하게는 180°이고 제 2 위상은 바람직하게는 0°이다.
대안으로서, 제 2 투광성 재료(58)는 유리, 폴리머(polymer) 또는 광을 투과시키는 다른 어떤 재료도 될 수 있으며, 제 2 영역(54)에 배치된다. 이같은 구성에서는, 제 2 투광성 재료(58)의 층이 0°가 아닌 제 2 위상 변화를 발생할 것이다.
도 5b는 천이 영역(60)에 위치한 다수의 주기적인 구조(62)를 도시하는 도 5a에서 도시된 바와 같은 위상 전이 마스크(50)의 일부분에 대한 평면도이다. 주기적인 구조(62)를 구성하는 개별 구조들은 제 1 투광성 재료(56)로부터 제조된 돌출부(64)들을 포함한다. 각 돌출부(64)들은 제 1 투광성 재료(56)와 일체로 된 제 1 폭(72)의 제 1 측부(68)를 가지며, 이 제 1 측부(68)로부터의 테이퍼진 면(tapered sides) 때문에 제 1 폭(72)보다 작은 제 2 폭(74)의 제 2 측부(70)가 제공된다. 제 2 폭(74)은 제 1 폭(72)의 약 1/2인 것이 바람직하다.
제 1 측부(68)는 제 1 영역(52)에 근접하고, 제 2 측부(70)는 제 2 영역(54)에 근접한다. 따라서, 돌출부의 구성(62)에 의하면, 도 5e에서 알 수 있는 바와 같이 제 1 측부(A-A 선으로서 표시됨)를 따라 제 1 및 제 2 투광성 재료(56, 58)의 영역들이 서로 교번한다. 마찬가지로, 도 5f에서 알 수 있는 바와 같이 제 2 측부(B-B 선으로서 표시됨)를 따라 제 1 및 제 2 투광성 재료(56, 58)의 영역들이 서로 교번한다.
본 발명의 구조는, 종래 기술의 천이 구조들과는 달리, 서브 파장 영역에 맞게 설계된다. 즉, 돌출부(64) 간의 피치(Ω)(66)는 다음의 수학식 5로부터 계산된다. 수학식 5에서, n은 제 1 투광성 물질(바람직하게는 수정)의 굴절율이다.
도 5e 및 도 5f에 도시된 바와 같이, A-A 선과 B-B 선 간의 영역은 제 1 및 제 2 투광성 재료(56, 58)(바람직하게는 수정 및 공기)의 주기적인 구조를 포함하고 있다. 이들 주기적인 구조의 각각은 다음 수학식 6에 의해 주어지는 유효 굴절율(neff)을 가진다. 수학식 6에서, nair은 1과 동일한 공기의 굴절율이고, f는 주기적인 구조들의 듀티 사이클(duty cycle)이다.
듀티 사이클(f)은, 피치(66)에 대한, 유효 굴절율을 계산할 점에서의(이 경우 A-A에서의) 제 1 투광성 재료(56)의 폭의 비율이다.
A-A 선에 따른 유효 굴절율은 공기의 굴절율에 가까운데, 이는 A-A 선에 따른 듀티 사이클이 작기 때문이다. B-B 선에 따른 유효 굴절율은 수정의 굴절율에 가까운데, 이는 B-B 선에 따른 듀티 사이클이 크기 때문이다. 그러므로, A-A 선으로부터 B-B 선으로의 유효 굴절율은 공기의 굴절율로부터 수정의 굴절율로 점차적으로 변한다. 그 결과, 위상 변화도, 도 5c에 도시한 바와 같이, 점(76)에서의 180°로부터 점(78)에서의 0°로 점차적으로 변한다. 따라서, 웨이퍼 상에서의 결과적인 강도 분포는 도 5d에 도시된 바와 같이 되므로, 도 2b와의 비교로부터 알 수 있듯이 전형적으로 위상 전이 층들과 연관된 인텐시티 널이 제거된다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 위상 전이 마스크(80)의 일부에 대한 측면도를 시뮬레이션(simulation)적으로 도시한 것이다. 위상 전이 마스크(80)는 전형적으로 제 1 및 제 2 영역(82, 84)을 포함한다. 제 1 및 제 2 영역(82, 84)은 제 1 및 제 2 투광성 재료(86, 88)를 포함하며, 바람직하게는 이들 재료는 각각 공기 및 수정이다. 제 1 및 제 2 투광성 재료(86, 88)는 각각 제 1 및 제 2 굴절율을 가진다.
제 1 투광성 재료(86)는 또한 제 1 표면(86a) 및 제 2 표면(86b)을 가지며, 제 1 표면(86a)은 제 1 영역(82) 내에 존재하고 제 2 표면(86b)은 제 2 영역(84) 내에 존재한다. 단차부(86c)는 제 1 표면(86a)이 제 2 표면(86b) 위쪽에 위치하도록 제 1 표면(86a)과 제 2 표면(86b) 사이의 천이 영역(90)에 위치됨으로써, 제 1 표면(86a)에 있는 제 1 투광성 재료(86)는 제 1 위상을 발생하고 2 표면(86b)에 있는 제 1 투광성 재료(86)는 제 2 위상을 발생하게 된다. 도 6c의 점(108, 114)으로서 도시한 바와 같이, 제 1 위상은 바람직하게는 180°이고 제 2 위상은 바람직하게 0°이다.
대안으로서, 제 2 투광성 재료(88)는 유리, 폴리머 또는 광을 투과시키는 다른 어떤 재료도 될 수 있으며, 제 2 영역(84)에 배치된다. 이같은 구성에서, 제 2 투광성 재료(88)의 층은 0°가 아닌 제 2 위상 변화를 발생할 것이다.
도 6b는 천이 영역(90)에 위치한 다수의 주기적인 구조(92)를 도시하는 도 6a에서 도시된 바와 같은 위상 전이 마스크(80)의 일부분에 평면도를 시뮬레이션적으로 도시한 것이다. 주기적인 구조(92)를 구성하는 개별 구조들은 제 1 투광성 재료(86)로부터 제조된 직사각형의 제 1 및 제 2 돌출부(94, 96)를 포함한다. 제 1 직사각형 돌출부(94)는 제 1 투광성 재료(86)와 일체로 된 제 1 폭(104)의 제 1 측부(100)를 가진다. 제 2 직사각형 돌출부(96)는 제 1 폭(104)보다 작은 제 2 폭(106)의 제 2 측부(102)를 가진다. 제 2 폭(106)은 제 1 폭(104)의 약 1/2인 것이 바람직하다. 제 2 직사각형 돌출부(96)는 제 1 직사각형 돌출부(94)와 일체로 된다. 제 1 측부(100)는 제 1 영역(82)에 근접하고, 제 2 측부(102)는 제 2 영역(84)에 근접한다. 이같은 돌출부의 구성(92)에 의하면, 도 6e에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 측부(C-C로 표시됨)를 따라서는 제 1 및 제 2 투광성 재료(86, 88)의 영역들이 서로 교번한다. 마찬가지로, 도 6f에서 알 수 있는 바와 같이, 제 2 측부(D-D로 표시됨)를 따라서는 제 1 및 제 2 투광성 재료(86, 88)의 영역들이 서로 교번한다.
도 6e 및 도 6f에 도시된 바와 같이, C-C 선과 D-D 선 간의 영역은 제 1 및 제 2 투광성 재료(86, 88)(바람직하게는 각각 수정 및 공기)의 주기적인 구조를 포함하고 있다. 이들 주기적인 구조의 각각은 수학식 6에 의해 주어지는 유효 굴절율(neff)을 가진다. 상술한 제 1 실시예와 유사하게, C-C 선에 따른 유효 굴절율은 제 2 투광성 재료(88)의 굴절율에 가까운데, 이는 C-C 선에 따른 제 1 투광성 재료(86)의 듀티 사이클이 작기 때문이다. 한편, D-D 선에 따른 유효 굴절율은 제 1 투광성 재료(86)의 굴절율에 가까운데, 이는 C-C 선에 따른 듀티 사이클이 크기 때문이다. 그러므로, C-C 선으로부터 D-D 선으로의 유효 굴절율은 제 2 투광성 재료(88)의 굴절율로부터 제 1 투광성 재료(86)의 굴절율로 점차적으로 변한다. 그 결과, 위상 변화도, 도 6c에 보여지는 바와 같이, 점(108)에서의 제 1 위상(바람직하게는 180°)으로부터 점(114)에서의 제 2 위상(바람직하게는 0°)으로 점차적으로 변한다. 따라서, 웨이퍼 상의 결과적인 강도 분포는 도 6d에 도시된 바와 같이 되므로, 전형적으로 위상 전이 층들과 연관된 인텐시티 널이 실질적으로 제거됨을 알 수 있다. 미소한 인텐시티 널들이 위상 변화 점(110, 112, 114)에 제각기 대응하는 점(116, 118 ,120)에 나타날 수도 있으나, 이들 인텐시티 널은 단일 고도의 위상 전이 층(single height phase shifting layer)을 가진 종래 기술에서 얻어 지는 것에 비해 상당한 개선을 나타낸다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예라고 여겨지는 것들을 도시하고 설명하였지만, 당업자라면, 당연히 이해할 수 있듯이, 본 발명의 사상 및 범주 내에서 형태 또는 세부적인 사항에 대한 다양한 변형 및 변경을 용이하게 행할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명을 본 명세서에 설명하고 도시한 형태에 국한하지 않고, 특허청구범위에 속하는 모든 변형을 본 발명에 포함시키고자 한다.
상술한 바로부터 당업자라면 쉽게 알 수 있듯이, 본 발명의 새로운 위상 전이 마스크는 현재 사용되는 위상 전이 마스크들보다 향상된 효율을 제공한다. 본 발명의 구조 덕분에, 서브 파장의 주기적인 구조를 사용하는 본 발명의 위상 전이 마스크에 의해 제공되는 장점은 다음과 같다.
(a) 위상 전이 마스크 상에 있는 위상 전이 층들 간의 천이로 인해서 생기는 바람직하지 않은 인텐시티 널이 제거된다.
(b) 셋 이상의 물리적인 두께(층)가 배제됨으로써 둘 이상의 에칭 공정에 대한 필요성이 배제된다.
(c) 다수의 노출 공정이 배제됨으로써 전이 층들 간의 천이와 연관된 인텐시티 널이 배제된다.
(d) 종래 기술의 다수 층 및/또는 다수 노출 방법이 배제되는 덕분에 위상 전이 마스크의 비용 및 복잡성이 줄어든다.

Claims (16)

  1. 광을 통과시킴으로써 집적 회로 상에 패턴(pattern)을 부과하는 리소그래피(lithography)용의 위상 전이 마스크(phase shift mask) ― 상기 광은 파장 및 강도(intensity)를 가지며, 상기 위상 전이 마스크는 서로 다른 제 1 위상과 제 2 위상을 가지는 제 1 영역과 제 2 영역 간의 위상 변화 천이 영역(phase change transition)을 규정함 ― 에 있어서,
    상기 제 1 위상을 가지는 상기 제 1 영역을 포함하는 제 1 투광성 재료 층(a layer of a first transmissive material) ― 이 제 1 투광성 재료 층은 제 1 굴절율(refractive index)을 가짐 ― 과,
    상기 제 2 위상을 가지는 상기 제 2 영역을 포함하는 제 2 투광성 재료 층 ― 이 제 2 투광성 재료 층은 제 2 굴절율을 가짐 ― 과,
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 천이 영역(transition region)에 배치된 상기 제 1 투광성 재료의 다수의 주기적 구조(a plurality of periodic structures) of the first transmissive material) ― 상기 구조들 간의 피치(pitch)는 리소그래피 공정에서 사용되는 광의 파장보다 작으며, 상기 구조들은 상기 제 1 영역에 근접한 제 1 측부와 상기 제 2 영역에 근접한 제 2 측부를 가지며, 상기 구조는 상기 제 1 측부에 따른 유효 굴절율(effective refractive index)이 상기 제 1 투광성 재료의 굴절율에 근사하게 되고 상기 제 2 측부에 따른 유효 굴절율이 상기 제 2 투광성 재료의 굴절율에 근사하게 되도록 하는 형상을 가지며, 상기 천이 영역의 유효 굴절율은 상기 제 1 측부에 따른 상기 제 1 투광성 재료의 것으로부터 상기 제 2 측부에 따른 상기 제 2 투광성 재료의 것으로 점차적으로 변함으로써 상기 제 1 측부의 제 1 위상으로부터 상기 제 2 측부의 제 2 위상으로 점차적으로 위상이 변해 실질적으로 위상 변화 천이에 연관된 인텐시티 널(intensity null)이 제거됨 ―
    를 포함하는 위상 전이 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투광성 재료는 수정이고, 상기 제 2 투광성 재료는 공기인 위상 전이 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 위상은 180°이고 상기 제 2 위상은 0°인 위상 전이 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조들 간의 피치는
    Ω = λ/2n
    의 식에 의해서 주어지며, 여기서, Ω는 피치이고 λ은 광의 파장이며, n은 상기 제 1 투광성 재료의 굴절율을 나타내는 위상 전이 마스크.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조는 상기 제 1 측부의 제 1 폭으로부터 제 2 측부의 제 2 폭으로 테이퍼(taper)진 돌출부(projection)를 포함하는 위상 전이 마스크.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭의 약 1/2인 위상 전이 마스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조는 제 1 및 제 2 직사각형 돌출부를 포함하며, 상기 제 1 직사각형 돌출부는 상기 제 1 측부에서 제 1 폭을 가지며, 상기 제 2 직사각형 돌출부는 상기 제 1 직사각형 돌출부 상에 배치되고 상기 제 2 측부에서 제 2 폭을 가지며, 상기 제 2 폭은 제 1 직사각형 돌출부의 상기 제 1 폭보다 작은 위상 전이 마스크.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭의 약 1/2인 위상 전이 마스크.
  9. 광을 통과시킴으로써 집적 회로 상에 패턴을 부과하는 리소그래피용의 위상 전이 마스크 ― 상기 광은 파장 및 강도를 가지며, 상기 위상 전이 마스크는 서로 다른 제 1 위상과 제 2 위상을 가지는 제 1 영역과 제 2 영역 간의 위상 변화 천이 영역을 규정함 ― 에 있어서,
    제 1 투광성 재료 층 ― 이 제 1 투광성 재료는 굴절율과, 제 1 및 제 2 표면과, 상기 제 1 표면과 상기 제 2 표면 사이에 천이 영역을 제공하는 단차부(stepped portion)를 가지며, 상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면보다 위쪽에 위치하며, 상기 제 1 표면의 영역은 상기 제 1 위상의 상기 제 1 영역을 포함하고, 상기 제 2 표면의 영역은 상기 제 2 위상의 상기 제 2 영역을 포함함 ― 과,
    상기 제 1 영역과 제 2 영역 사이의 천이 영역에 배치된 상기 투광성 재료의 다수의 주기적 구조 ― 상기 구조들 간의 피치는 리소그래피 공정에서 사용되는 광의 파장보다 작으며, 상기 구조들은 상기 단차부에서 상기 제 1 영역에 근접한 제 1 측부와 상기 제 2 영역에 근접한 제 2 측부를 가지며, 상기 구조는 상기 제 1 측부에 따른 유효 굴절율이 상기 투광성 재료의 굴절율에 근사하게 되고 상기 제 2 측부에 따른 유효 굴절율이 상기 공기의 굴절율에 근사하게 되도록 하는 형상을 가지며, 상기 천이 영역의 유효 굴절율은 상기 제 1 측부에 따른 상기 투광성 재료의 것으로부터 상기 제 2 측부에 따른 상기 공기의 것으로 점차적으로 변함으로써 상기 제 1 측부의 제 1 위상으로부터 상기 제 2 측부의 제 2 위상으로 점차적으로 위상이 변해 실질적으로 위상 변화 천이에 연관된 인텐시티 널이 제거됨 ―
    를 포함하는 위상 전이 마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 투광성 재료는 수정인 위상 전이 마스크.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 위상은 180°이고 상기 제 2 위상은 0°인 위상 전이 마스크.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 구조들 간의 피치는
    Ω = λ/2n
    의 식에 의해서 주어지며, 여기서, Ω는 피치이고 λ은 광의 파장이며, n은 상기 투광성 재료의 굴절율을 나타내는 위상 전이 마스크.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 구조는 상기 제 1 측부의 제 1 폭으로부터 제 2 측부의 제 2 폭으로 테이퍼진 돌출부를 포함하는 위상 전이 마스크.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭의 약 1/2인 위상 전이 마스크.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 구조는 제 1 및 제 2 직사각형 돌출부를 포함하며, 상기 제 1 직사각형 돌출부는 상기 제 1 측부에서 제 1 폭을 가지며, 상기 제 2 직사각형 돌출부는 상기 제 1 직사각형 돌출부 상에 배치되고 상기 제 2 측부에서 제 2 폭을 가지며, 상기 제 2 폭은 제 1 직사각형 돌출부의 상기 제 1 폭보다 작은 위상 전이 마스크.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 폭은 상기 제 1 폭의 약 1/2인 위상 전이 마스크.
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