KR19990067994A - 다중-위상마스크 - Google Patents

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KR19990067994A
KR19990067994A KR1019990001506A KR19990001506A KR19990067994A KR 19990067994 A KR19990067994 A KR 19990067994A KR 1019990001506 A KR1019990001506 A KR 1019990001506A KR 19990001506 A KR19990001506 A KR 19990001506A KR 19990067994 A KR19990067994 A KR 19990067994A
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resist
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KR1019990001506A
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휠러도날드씨.
맨덜맨잭에이.
미레벡카디.
Original Assignee
포만 제프리 엘
인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26—Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

본 발명은 포토마스크(photomask)와 이러한 포토마스크를 사용하여 치수 제어된 레지스트 패턴(dimensionally controlled resist pattern)을 제공하는 방법을 개시한다. 치수 제어된 레지스트 패턴의 프로파일을 제공하기 위해, 레지스트 코팅을 그 위에 갖는 웨이퍼가 본 발명의 마스크를 이용하여 특별하게 제어된 디포커스 상태에서 노출되어 상기 마스크는 그 위에 적어도 하나의 차광 패턴(light shielding pattern)의 한 측부 상에 다중 위상 시프트 수단(multiple phase shifter means)을 포함하며 차광 재료(light shielding material)의 상기 측부에 다중 위상을 갖는 마스크를 통하여 광을 통과시켜 치수 제어된 레지스트 패턴 프로파일을 생산한다.

Description

다중-위상 마스크{MULTI PHASE MASK}
본 발명은 포토레지스트와 결상 시스템(imaging system)을 사용한 집적회로 웨이퍼와 같은 전자 소자(electronic component)를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로써, 구체적으로는 형성될 패턴에 따라 마스크를 지나서 다수 각도의 위상 시프트(multiple degrees of phase shifting)를 만드는 노출 마스크(exposure mask) 및 전자 소자 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위해 마스크를 사용하는 방법에 관한 것이다.
전자 소자 제조, 특히 집적회로 실리콘 웨이퍼 제조에서, 웨이퍼에 작은 패턴을 본뜨는(delineating) 주요 인자는 레지스트 패턴의 형태이다. 후술하는 설명은 집적회로 실리콘 웨이퍼 제조에 관한 것이지만 당업자라면 본 발명이 갈륨 아세나이드(gallium arsenide) 회로와 같은 기타 전자 소자, 소자 패키지 및 인쇄회로 기판의 제조에도 응용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
반도체와 같은 집적회로 소자의 제조에서, 전자회로 패턴 제어, 예를 들어, 선폭 제어, 패드 크기 등은 점점 중요해 지는데, 그 이유는 회로의 집적화가 한층 더욱 높아지고 선폭 및 기타 회로 패턴이 점점 세밀하고 정밀하도록 요구되기 때문이다. 그러나 포토리소그래피 공정(photolithographic process)에서의 패턴 제어는 레지스트 두께의 변화, 소성 비균일성(bake non-uniformities), 평탄하지 않은 웨이퍼(non-flat wafers) 등의 다수의 효과에 의해 부정적인 영향을 받는다.
포토리소그래피 기술은 바람직하게는 회로를 정하기 위하여 세밀한 레지스트 패턴을 형성하는데 이용된다. 일반적으로 레지스트는 소정의 두께로 웨이퍼에 가해지고, 코팅된 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지에 배치된다. 광원으로부터 광(light)이 소정의 마스크(회로) 패턴을 그 위에 갖는 포토마스크를 통하여 통과한다. 포토마스크를 통과한 광은 레지스트에 마스크 패턴을 형성하는 웨이퍼의 레지스트 상에 투사되는 영역적인 이미지를 형성한다. 레지스트는 통상 네거티브 레지스트(negative resist)거나 포지티브(positive) 레지스트이고, 노출된 레지스트는 이후 원하는 회로 패턴(네거티브 레지스트)을 형성하기 위하여 메탈라이징(metallize)될 레지스트 내의 개구부 형태이든, 메탈라이징될 웨이퍼 표면 상에 원하는 패턴을 본뜨는 포지티브 레지스트 패턴의 형태이든 간에 웨이퍼 상의 패턴을 형성하기 위해 다수의 세정, 현상, 에칭 단계를 사용하여 처리된다. 상기 포토리소그래피 공정은 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,300,786호에 도시되어 있다.
네거티브 레지스트 방법, 포지티브 레지스트 방법 또는 조합 네거티브 레지스트 방법(예를 들면 이미지 반전 레지스트(image reversal resist))중 어느 것이든 간에, 레지스트 상에 패턴을 형성하기 위해서는 포토마스크를 사용해야 하며, 통상적으로 광리소그래피(optical lithography)를 이용한 이미지 처리는 단면으로 볼 때 각각이 대체로 폭과 높이가 일정하고 대칭인 복수의 레지스트 패턴을 생성한다. 어떤 노출 조건 하에서는, 레지스트 패턴의 폭은 레지스트의 높이와 패턴의 크기 및 배열에 따라서 다소 변할 수 있으며, 또한 그리고 레지스트의 상부에서의 폭보다 일반적으로 다소 넓은 기부(base)에서의 폭에 따라 다소 변할 수 있다. 어떤 경우에도 레지스트 패턴은 여전히 대체로 대칭이고 메탈라이징된 회로 선은 레지스트 패턴의 기부(base)의 중간 지점으로부터 위쪽으로 연장되는 수직축을 중심으로 측정될 경우에 본질적으로 일정한 단면이 될 것이다.
원하는 회로 설계를 제공하기 위하여 공정의 일부로써 비대칭 레지스트 패턴 또는 패턴의 제어가 필요한 상이한 집적회로 제조 공정이 많으며, 예를 들면 리프트 오프 공정(lift off processes)용 패턴을 생성하는 것이다. 이 방법은 해당 기술 분야에 공지되어 있다.
비대칭 레지스트(포토레지스트) 프로파일 즉 비대칭 레지스트 패턴을 생성하기 위하여 많은 시도가 있었다. Nakatani 등에게 허여된 미국 특허 제5,547,789호에서 비대칭 광 강도 프로파일(asymmetric light intensity profile)이 이용되어 포지티브 레지스트를 패터닝하고, 이 레지스트는 후속적으로 형성된 게이트 전극을 배치시키기 위해 이후 투광 조광(flood illumination)에 의해 네거티브 레지스트(이미지 반전 레지스트)로 전환된다. 레지스트 패턴을 비대칭으로 하는 목적은 게이트 전극의 비대칭 배치를 생성하기 위한 것이다. 비대칭 강도 프로파일은 패턴 전달 마스크(pattern tansfer mask)에 의해 얻으며 패턴 전달 마스크는 전달 기판(transfer substrate); 투명 기판 상에 배치되는 선형 차광 필름 패턴(linear light shielding film pattern); 및 차광 필름 패턴의 어느 한쪽에 있는 마스크의 일부를 통해 전달되는 광 강도를 감소시키는 수단으로 이루어진다. 패턴 전달 마스크는 투명한 재료, 상이한 두께의 차광 필름 또는 반투명성 필름과 같은, 차광 패턴 다음의 투명 기판(transparent substrate) 상에 배치된 상이한 종류의 광 감쇠 필름(light attenuating film)을 갖는 투명 기판을 포함한다. 상기 특허에서 보여주는 레지스트 프로파일은 패턴의 양측에서 매우 오목하여 다수의 제조 방법에서는 사용할 수 없다.
비대칭 광 강도 프로파일을 보여주는 다른 하나의 특허는 Nakatani에게 허여된 미국 특허 제5,370,975호로서, 비대칭 광 프로파일을 생성하기 위해 설계된 마스크는 엣지 각(edge angle) 범위가 70°- 85° 또는 95°- 110°인 위상 시프트 장치(phase shifter)를 채용하거나 또는 위상 시프트 장치가 매끄러운 곡선 형태를 이룬다. 전술한 미국 특허 제5,300,786호의 위상 시프트 마스크에 관한 설명에서는 광리소그래피 노출 시스템의 초점 설정을 결정하고 제어하기 위한 목적으로 광의 강도 프로파일을 이동시킬 수 있다. 초점에 변화가 있을 때, 강도 프로파일의 최소점은 이동하여 왼쪽 또는 오른 쪽 방향으로 포토레지스트 패턴의 비대칭 변위를 생성한다. 강도 프로파일은 최소 강도 피크 점을 중심으로 비대칭이고, 비대칭 피크 이동이 있다. 비대칭 피크 이동은 기준 패턴(reference pattern)과 함께 사용되는 패턴 배치 에러(pattern placement error)를 생성하여 자동화된 오버레이 에러 측정 장비(overlay error measurement tool)에 의해 오버레이(overlay)로서 초점을 측정한다.
Hanyu 등에게 허여된 미국 특허 제5,368,963호에서 포토마스크는 마스크 기판 상에 형성된 차광 층과 차광 영역에 의하여 마스크 기판 상에 정의된 광 전달 영역을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 광 전달 영역은 위상 시프트 장치(phase shifter)로 나누어 진다. 상기 특허들은 본 명세서의 일부를 이룬다.
종래 기술의 문제들과 결함을 고려하여, 본 발명의 목적은 집적회로 웨이퍼를 포함하는 전자 소자 상에 회로를 만들기 위한 결상 시스템에서 사용하기 위한 포토마스크를 제공함으로써, 형성될 패턴에 좌우되는 제조 공정 중에 웨이퍼 제조 공정에서 사용되는 포토레지스트 상에 형성된 이미지가 제어될 수 있도록 하는 것이다. 레지스트 패턴은 레지스트를 통하여 기부의 중간 지점으로부터 위쪽으로 연장되는 수직축을 중심으로 보통 비대칭이다.
본 발명의 다른 목적은 제조 공정 중에 그 위에 형성된 레지스트 패턴이, 형성될 패턴에 따라서 제어될 수 있는 집적회로 웨이퍼를 포함하는 전자 소자를 만드는 방법을 제공하는 것이다. 레지스트 패턴은 레지스트 패턴을 통하여 기부의 중간 지점으로부터 위쪽으로 연장되는 수직축을 중심으로 보통 비대칭이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 방법과 포토마스크를 이용하여 만든 집적회로 웨이퍼를 포함하는 전자 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 그 외의 다른 목적과 장점은 부분적으로 명백해질 것이고 부분적으로는 본 발명의 명세서에서 설명될 것이다.
상기 목적과 기타 목적은 후술되는 첫번째 특징에서 당업자들에게 명백하게 이해가 될 것이다. 결상 시스템에서 포토마스크가 사용됨으로써 광이 상기 마스크를 통과하여 코팅된 기판 상에 입사(impinge)하여, 예를 들어 집적회로 웨이퍼와 같은 전자 소자 기판 상에 칫수 제어된 레지스트 패턴을 형성하도록 하는 포토마스크에 있어서, 마스크는
a) 광이 통과되도록 되어 있는 마스크 기판;
b) 상기 마스크 기판에 코팅된 포토레지스트 상에 형성될 원하는 레지스 트 패턴을 정의하는 패턴을 형성하는 다수의 라인 및 기타 회로 형태로 되어 있는 상기 마스크 기판 상의 차광 재료; 및
c) 마스크를 통과하는 광이, 다중 위상 시프트 수단은 마스크 기판 상 의 위상 시프트 장치 재료의 형태 및/또는 상기 수단이 기판의 일 부분 인 다중 광 위상 시프트 수단을 갖는 상기 형태의 한 측부에 다중 위상 을 갖도록 되어 있는, 적어도 하나의 차광 형태의 한 측부 상의 다중 위 상 시프트 수단
을 포함한다.
상기 다중 위상 시프트 수단은 차광 재료 패턴의 상기 측부와 인접하는 것이 바람직하고, 이에 의해 마스크 기판을 통과하는 광은 적어도 두 개의 상이한 위상을 차광 재료 패턴의 각 측부에 갖는다. 차광 수단의 한 측부에서 광의 다중 위상 중의 적어도 하나는 차광 수단의 타측부의 광과 0°또는 180°또는 이들 위상의 배수 이외의 값만큼 위상 차이가 나는 것이 바람직하다. 마스크를 통과하는 광이 레지스트와 초점이 맞지 않는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 마스크를 바람직하게 사용하는 다른 하나의 특징에 있어, 전자 소자는 제조 공정 중 전자 소자 상에 치수 제어되는 레지스트 패턴을 가지며 전자 소자의 기판은 포토레지스트로 코팅되고 원하는 회로 패턴을 갖는 마스크를 통해 진행하는 광에 노출되는 전자 소자 제조 방법에 있어서,
a) 상기 전자 소자 기판을 실리콘 웨이퍼와 같은 포토레지스트 재료로 코팅 하는 단계;
b) 스테핑 장치와 같은 홀딩 장치 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
c) 마스크를 배치하여 상기 마스크의 한 표면 상에 입사하는 광이 마스크를 통해 진행하고 상기 포토레지스트 재료에 상기 마스크 설계의 이미지를 형성하기 위해 상기 코팅된 기판 상으로 빛이 입사하도록 하는 단계―여 기서 상기 마스크는,
i) 광이 통과하도록 되어 있는 마스크 기판;
ii) 상기 마스크 기판 상에서, 상기 코팅된 기판 상의 레지스트에 형성 될 레지스트 패턴을 정의하는 패턴을 형성하는 라인 및 (shape)로 되어 있는 차 재료; 및
iii) 마스크 기판 상에서 적어도 하나의 차광 수단의 한 측부에 위치하여 상기 마스크를 통과하는 광이, 상기 다중 위상 시프트 수단을 갖는 상기 형상의 상기 측부에 다중 광 위상을 갖도록 하는 다중 위상 시프트 수단을 포함함―
d) 상기 마스크를 노광시키는 단계;
e) 상기 기판 상에 원하는 레지스트 패턴을 형성하기 위해 상기 노출된 기판 을 현상하는 단계; 및
f) 상기 원하는 전자 소자를 형성하는 단계
를 포함하는 전자 소자 제조방법이 제공된다.
소자가 제조 공정 중에 칫수적으로 제어되는 비대칭 레지스트 패턴을 소자 상에 갖고, 예를 들어 웨이퍼와 같은 전자 소자의 기판이 포토레지스트(예를 들어, 네거티브, 포지티브, 또는 이미지 반전 포토레지스트)로 코팅되고, 원하는 회로 패턴을 그 위에 갖는 마스크를 통해 진행하는 광에 노출되는, 집적회로 웨이퍼와 같은 전자 소자를 제조하기 위해 제공되는 방법에 있어서, 상기 방법은
a) 예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같은 상기 전자 소자 기판을 포토레지스트 재료로 코팅하는 단계;
b) 예를 들어, 스테핑 장치(stepping device)와 같은 홀딩 장치(holding device) 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
c) 포토레지스트 재료에서 마스크 설계의 이미지를 형성하기 위해, 상기 마스크의 하나의 표면 상에 가하는 광이 마스크를 통하여 진행하여, 코팅된 기판 상에 조사되도록 마스크를 배치하는 단계―여기서 상기 마스크는,
i) 광이 그곳을 통과되도록 하는 마스크 기판;
ii) 상기 코팅된 기판 상의 레지스트에 형성될 레지스트 패턴을 정의
는 패턴을 형성하는 라인과 다른 회로를 형성하는 형태로 되어 있는 마스크 기판 상의 차광 재료; 및
iii) 상기 마스크를 통과하는 광이, 상기 다중 위상 시프트 수단을 갖
는 상기 형태의 상기 한 측부에 다중 위상을 갖고, 다중 위상 시프트 수단은 마스크 기판 상의 위상 시프트 장치 재료의 형태 또는 상 기 수단이 기판의 일부분인, 적어도 하나의 차광 형태(light shielding shape)의 한 측부의 기판 상의 다중 위상 시프트 장치 수단
을 포함함―
d) 상기 마스크를 광에 노출시키는 단계;
e) 상기 기판 상에 원하는 레지스트 패턴을 형성하기 위해 상기 노출된 기판 을 현상하는 단계; 및
f) 상기 원하는 전자 소자를 형성하는 단계
를 포함한다.
도 1은 단일 라인과 다중 광 위상 시프트 수단(multiple light phase shift means)을 그 위에 갖는 본 발명의 포토마스크(photomask)를 도시하는 사시도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 마스크와 방법을 이용하여 만든 치수 제어된 패턴을 갖는 기판 상에서 도시하는 포지티브 레지스트(positive resist)의 측단면도.
도 5는 도 1에 도시되는 바와 같은 마스크의 측단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 마스크
13 : 차광 재료
14 : 평면부(plane 또는 ledge)
15 : 제1 채널
16 : 제2 채널
17 : 기판
18 : 레지스트 패턴
19, 20 : 측벽
21 : 기부(base)
22 : 상부(top)
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는데 있어서, 도 1 내지 도 5를 참조하여야 하며, 동일한 도면 부호는 본 발명의 동일한 구성요소를 가리킨다. 본 발명의 구성요소를 도면에서 반드시 같은 배율로 도시되지 않는다.
본 발명의 마스크는 당 업계의 기술 분야에 공지되어 있는 어떠한 광리소그래피 시스템에도 이용될 수 있다. 광리소그래피 시스템은 또한 투사 결상 시스템(projection imaginary system)으로 불리우며, 일반적인 시스템이 전술한 미국 특허 제5,300,786호에 기술되어 있고, 신규의 광학 초점 검사 패턴(optical focus test pattern)을 갖는 포토리소그래피 마스크 구조(photolithography mask structure)가 레지스트가 코팅된 반도체 상에 검사 패턴을 투사하는데 사용된다. 기본적으로 이러한 시스템은 거울, 아크 램프, 광 필터 및 콘덴서 렌즈 시스템(condenser lens system)으로 구성되는 광원(illumination source)을 사용한다. 광원은 예를 들어, 제조 시에 집적회로의 배선 레벨을 투사하기 위해 원하는 대로 프리패턴된 마스크 구조에 "광"을 출력한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "광"은 포토리소그래피에 이용되는 광을 지칭한다. 본 명세서의 용어 "광"과 "포토리소그래피"는 가시 광선에 제한되지 않고 다른 형태의 발광(radiation)과 리소그래피(lithography)도 포함한다. 마스크 구조를 통과하는 광은 통상적으로 반도체 웨이퍼 상에 제조된 특정 렌즈 필드(lens field) 안으로 마스크 패턴을 집속하는 축사 렌즈(reduction lens)에 입사한다. 웨이퍼는 진공 홀딩 장치(vacuum hold device)(또는 척 (chuck))에 의해 제 위치에서 유지되고, 웨이퍼의 위치는 정밀한 X,Y,Z 위치 제어기 또는 스테핑 모터에 의해 제어된다.
초점은 통상 완전하게 초점이 맞추어진 결상면에 대하여 웨이퍼의 Z축 위치에 생기는 오프셋 에러(offset error)로써 측정된다. 본 발명의 목적을 위해 이미지 평면은 예를 들어, 레지스트 재료의 상부 또는 레지스트 재료의 하부 또는 그 사이의 임의의 점과 같은 어떤 지점에서도 있을 수 있다. 이미지 평면은 또한 레지스트의 상부 위 또는 레지스트의 기부 아래에도 있을 수 있다.
본 명세서에서 후술되는 바와 같이, 초점 오프셋(focus offset) 즉, 디포커스(defocus)는 이상적으로 초점이 맞추어진 이미지 평면에 대해 이미지 평면이 초점을 벗어나는 거리로 표시되는 크기만큼 양 또는 음의 어느 쪽이든 Z변위를 갖는다. 진공 홀딩 장치는 원하는 디포커스를 제공하도록 일반적으로 조정되어 본 발명의 방법을 실행한다. 마스크를 이용하는 패턴을 형성하는데 사용되는 다른 투사 노출 장치가 상기 미국 특허 제5,370,975호의 도 9에 도시되어 있다.
원하는 대로 치수 제어된 레지스트 패턴을 만들기 위하여 사용하는 최적의 디포커스를 결정하기 위하여, 전자 소자 제조 공정의 일부로써 디포커스 매트릭스 검사절차를 이용하는 것이 바람직하다. 그러므로 웨이퍼 위에 다중 칩을 가진 웨이퍼는 포토레지스트로 코팅되어 각 칩은 상이한 디포커스 조건을 이용하여 노출된 후 소성(bake)되고 통상적인 단계를 거쳐 현상된다. 각 칩의 단면은 이후 주사 전자 현미경(scanning electron microscope: SEM)으로 레지스트의 측벽을 가로질러 관찰되어 최적의 디포커스 조건을 결정한다. 예를 들어, 웨이퍼가 10개의 칩을 갖는다면 각 칩에 대한 디포커스는 -1.0μm, -0.8μm, -0.6μm, -0.4μm, -0.2μm, 0μm, +0.2μm, +0.4μm, +0.6μm, +0.8μm의 순서로 변하게 만들어 질 수도 있다. 제조 공정에 따라 다른 순서가 사용될 수 있다.
도 1을 참조하여 본 발명의 마스크는 일반적으로 (10)으로 도시된다. 마스크(10)은 두께 Ts인 투명한 기판(11)을 포함한다. 기판(11)은 단일 라인의 형태로 그 위에 차광 재료(13)을 갖는다. 다중 위상 시프트 수단이 차광재료(13)의 한 측부에 인접하고 있다. 도시되는 바와 같이 기판의 두께는 Tpl, Tp2와 Tp3으로 표시된다. 두께 Tp1은 Ts와 동일하므로 기판의 두께 Ts는 평면부 또는 렛지(ledge)에서의 기판(14)의 두께(Tpl)와 동일하고 마스크(10)을 통하여 전달된 광은 차광재료(13)의 각 측부(12)와 (14) 상에 동일한 위상을 갖는다. 높이 Tp2인 것으로 도시되는 제1 채널(15)는 영역(14)에 인접한다. 마찬가지로 높이 Tp3으로 도시되는 제2 채널(16)은 제1 채널(15)에 인접한다. 높이 Tpl, Tp2와 Tp3에 따라 그곳을 통과하는 광의 위상 시프트가 정해진다. 위상 시프트각은 ø1, ø2와 ø3으로 정의된다. 위상 시프트각은 예를 들어, 10°, 30°, 45°, 90°, 120°, 150°, 163°, 또는 임의의 다른 위상 변위각(phase shift angles)과 같이 어떠한 각일 수 있고 광범위하게 변할 수 있다.
해당 기술분야에 공지된 바와 같이 노광 조건, 레지스트 타입, 소성과 현상 및 웨이퍼 표면으로부터의 반사는 레지스트 패턴의 형태에 영향을 줄 것이지만, 어떤 경우에도 레지스트는 대체로 대칭일 것이다. 그러나 본 발명의 마스크와 방법을 사용하면, 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이 치수 제어된 형태를 갖는 레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 따라서, 도 2를 참조하면 기판(17)은 포토레지스트(도시되지 않음)로 완전히 코팅되어서, 노출되고, 현상되어 측벽(19,20), 기부(21) 및 상부(22)를 갖는 레지스트 패턴(18)을 형성한다. 형성된 레지스트 패턴(18)의 측벽각도는 θ1=82°와 θ2=78.5°이다. 도 1의 마스크를 사용하여 ø1=0°; ø2=45°; 및 ø3=90°인 레지스트 패턴을 형성하였다. 레지스트(17)은 높이가 RH이고 베이스각 θ1이 θ2보다 크므로 비대칭이다.
도 3을 참조하면 포토마스크의 위상 시프트각이 ø1=0°; ø2=60°; 및 ø3=120°인 것을 제외하고 도 2와 동일한 절차를 이용하여 레지스트 패턴이 형성되었다. 레지스트 패턴(18)에 대한 θ1은 이제 80.4°이고 θ2는 72.9°이다. 마찬가지로, 도 4에서 포토마스크의 위상 변위각이 ø1=30°; ø2=60°; 및 ø3=120°인 경우에, θ1은 77°이고 θ2는 66°이다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 통상적인 마스크(10)이 도시된다. 투명성 재료(11)로는 유리, 불화칼슘(calcium fluoride), 용융 실리카(fused silica)와 같은 어떤 투명성 재료도 적합하고, 통상적으로는 용융 실리카이다. 기판의 두께 Ts는 일반적으로 대략 90mil 내지 300mil이다. 상기 기판(11)에서 상이한 기판 두께(Ts대 Tp2와 Tp3)를 통하여 진행하는 광의 위상 변위에 영향을 주는 (15, 16)과 같은 채널을 택하여, 마스크를 통과하는 광의 위상 시프트를 형성하는 것이 바람직하다. 원하는 위상 시프트를 위해 필요한 두께는 쉽게 결정될 수 있다. (12)에서 마스크 기판을 통과하는 광 위상과, 차광 재료(13)를 중심으로 대향하는 측부(14,15) 및 (16)에서 마스크 기판을 통과하는 광 위상 간의 차이는 위상의 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 두 개에 대해 0°또는 180°또는 이들의 배수 이외의 값이 되어야 한다.
차광 재료(13)은 몰리브덴 규소화합물(molybdenum silicide)및 크롬과 같은 어떠한 적합한 재료일 수 있고 일반적으로는 크롬이며, 통상 스퍼터링 또는 금속 증착(metal evaporation)과 같은 종래의 수단(스퍼터링이 바람직함)을 사용하여 가해진다. 차광 재료의 두께는 광범위하게 변할 수 있고 일반적으로 대략 50nm 내지 150nm이다. 차광 재료(13)의 목적은 결상될 레지스트가 코팅된 기판(resist coated substrate) 상에 재료(13)이 존재하여 광이 마스크를 통과하여 기판에 도달하는 것을 방지하는 것이다. 도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 기판(17)은 통상 실리콘 또는 기타 반도체 재료이고, 레지스트 재료는 네거티브 레지스트 또는 포지티브 레지스트와 같은 어떠한 포토레지스트일 수 있다. 어떠한 레지스트도 사용될 수 있는 반면에 레지스트의 해상도(resolution)는 해당 기술분야에 공지된 바와 같이 중간 해상도 또는 고해상도 레지스트인 것이 바람직하다.
본 발명의 중요한 특징으로, 레지스트, 레지스트의 두께, 차광 재료의 각 측부에서의 광의 다중 위상차, 노출되는 동안의 초점과 노광량(light exposure dose) 등이 단독으로 또는 바람직하게는 조합적으로 특별히 제어되어 본 발명의 원하는 대로 치수 제어된 레지스트 패턴을 제공한다. 상기 파라미터의 각각은 독립적으로 변화할 수 있지만 바람직하게는 모두가 소정의 범위 내에서 제어되어 개선된 레지스트 패터닝 결과를 제공한다.
어떤 레지스트 두께(도 2에서 RH로 도시됨)도 채택할 수 있지만 치수 제어되는 레지스트 패턴 효과를 더 크게 제공하기 위해서는 더 큰 두께를 사용하는 것이 바람직하다. 레지스트 두께는 일반적으로 대략 0.1μm 내지 10μm이고, 바람직하게는 대략 0.4μm 내지 2μm이다. 디포커스는 또한 광범위하게 변할 수 있고 일반적으로 레지스트의 두께보다 더 커서, 일반적으로 대략 ±10μm 까지이고 바람직하게는 대략 ±1μm이다. 또한 네거티브 디포커스보다는 포지티브 디포커스가 바람직하다. 노출량(exposure dose)이 중요하여 일반적으로 인쇄 선 폭을 대응하는 마스크 패턴의 폭과 대체로 동일하게 되도록 선택한다. 예를 들어, 5x 스테퍼(stepper)에 대해, 2.0μm의 마스크 형상(mask feature)은 0.4μm의 선폭으로 인쇄한다. 이것은 관습적으로 "광량 대 크기(dose to size)"라고 불리우며, 대략 광량의 0.7 내지 1.5배의 광량 대 크기가 바람직하다.
바람직한 실시예에서 투사 노출 장비의 노광 조건은 대략 0.25 내지 0.8의 간섭성을 가지며, 바람직하게는 0.6 이하의 간섭성을 가져야 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 마스크에 대한 측면도가 도 1의 경우와 같이 도시되어 있다.
본 발명이 바람직한 실시예와 함께 구체적으로 기술되었지만 당업자라면 전술한 설명에서 많은 대안과 변경 및 변형이 있을 수 있다는 것을 명백하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 첨부되는 청구범위는 본 발명의 범위와 본질을 벗어나지 않는 어떠한 대안, 변경 및 변형도 포함한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명은 웨이퍼를 포함한 전자 소자의 제조 공정에서 원하는 대로 치수가 제어되는 레지스트 패턴을 제공하고, 본 발명의 포토마스크와 방법을 이용하여 비대칭인 레지스트 패턴을 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 결상 시스템(imaging system)에서 포토마스크가 사용됨으로써 광이 상기 마스크를 통과하여 코팅된 기판 상에 입사(impinge)하여 전자 소자의 기판 상에 치수 제어된 레지스트 패턴을 형성하도록 하는 포토마스크에 있어서,
    광이 통과되도록 하며, 상기 소자 기판 상에 형성될 원하는 레지스트 패턴을 정의하는 라인 및 기타 회로 형태로 되어 있는 상기 마스크 기판 상의 차광 재료를 갖는 마스크 기판을 포함하며, 다중 광 위상 시프트 수단은 적어도 하나의 상기 차광 수단의 한 측부(side)에 제공되어, 광이 상기 마스크를 통과할 때 광의 위상이 상기 차광 수단의 각 측부에서 광 위상 중 적어도 하나에 대해 0°또는 180°또는 180°의 배수 이외의 값만큼 차이가 있는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차광 재료가 크롬(chrome)인 포토마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중 위상 시프트 수단이 상기 차광 수단의 한 측부 상에서 마스크 기판 내의 채널이며, 차광 수단과 인접하는 포토마스크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마스크 기판이 용융 실리카(fused silica)인 포토마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다중 광 위상 시프트 수단이 30°, 45°, 60°, 및 120°중의 적어도 두 각도 만큼 위상이 시프트되는 광을 제공하는 포토마스크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 포토레지스트가 네거티브 포토레지스트 또는 포지티브 포토레지스트인 포토마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다중 광 위상 시프트 수단이 기판 내의 복수의 채널인 포토마스크.
  8. 전자 소자를 제조하는 방법으로서, 전자 소자는 제조 공정 중 전자 소자 상에 치수 제어되는 레지스트 패턴을 가지며 전자 소자의 기판은 포토레지스트로 코팅되고 원하는 회로 패턴을 갖는 마스크를 통해 진행하는 광에 노출되는 전자 소자 제조 방법에 있어서,
    a) 상기 전자 소자 기판을 포토레지스트 재료로 코팅하는 단계;
    b) 홀딩 장치 상에 상기 기판을 배치하는 단계;
    c) 마스크를 배치하여 상기 마스크의 한 표면 상에 입사하는 광이 마스크를 통해 진행하고 상기 포토레지스트 재료에 상기 마스크 설계의 이미지를 형성하기 위해 상기 코팅된 기판 상으로 빛이 입사하도록 하는 단계―여 기서 상기 마스크는,
    i) 광이 통과하도록 되어 있는 마스크 기판;
    ii) 상기 마스크 기판 상에서, 상기 코팅된 기판 상의 레지스트에 형 성될 레지스트 패턴을 정의하는 패턴을 형성하는 라인 및 기타 형 태(shape)로 되어 있는 차광 재료; 및
    iii) 마스크 기판 상에서 적어도 하나의 차광 수단의 한 측부에 위치 하여 상기 마스크를 통과하는 광이, 상기 다중 상 시프트 수단을 갖는 상기 형상의 상기 측부에 다중 광 위상을 갖도록 하는 다중 위상 시프트 수단
    을 포함함―
    d) 상기 마스크를 노광시키는 단계;
    e) 상기 기판 상에 원하는 레지스트 패턴을 형성하기 위해 상기 노출된 기판 을 현상하는 단계; 및
    f) 상기 원하는 전자 소자를 형성하는 단계
    를 포함하는 전자 소자 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다중 광 위상 시프팅 수단이 30°, 45°, 60°, 및 120°중의 적어도 두 각도 만큼 위상이 시프트되는 광을 제공하는 전자 소자 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마스크를 통과하는 광이 포토레지스트로부터 초점이 벗어나는(out of focus) 전자 소자 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 디포커스(defocus)가 포지티브인 전자 소자 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 광이 대략 0.25 내지 0.8의 간섭성(coherency)을 갖는 전자 소자 제조방법.
  13. 제8항의 방법에 의하여 만들어지는 전자 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전자 소자가 집적회로 칩인 전자 소자.
  15. 제9항의 방법에 따라 만들어지는 전자 소자.
  16. 제10항의 방법에 따라 만들어지는 전자 소자.
  17. 제12항의 방법에 따라 만들어지는 전자 소자.
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