KR20000057061A - 포토마스크와 그 제조방법 및 이를 사용한 노광방법 - Google Patents

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마찌다 가쯔히꼬
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    • G03F1/78—Patterning of masks by imaging by charged particle beam [CPB], e.g. electron beam patterning of masks

Abstract

포토마스크에 있어서의 반투과부는, 상기 반투과부를 투과하는 노광광과 투과부를 투과하는 노광광 사이에 발생하는 간섭을 억제하도록, 투과부에 대한 위상차가 설정되어 있다. 이 포토마스크를 사용하여 노광을 행함으로써, 레지스트홀 및 레지스트 단차가 소정범위(하프영역)안에 확실히 형성된 레지스트를 얻을 수 있다. 이에 의해, 투과부에 대한 반투과부의 투과율 및 위상차를 고려하여, 레지스트에 정확한 레지스트 단차를 형성하는 포토마스크를 제공할 수 있다.

Description

포토마스크와 그 제조방법 및 이를 사용한 노광방법{PHOTOMASK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND EXPOSURE METHOD USING THE PHOTOMASK}
본 발명은 반도체소자의 제조에 사용되는 포토마스크와 그 제조방법 및 상기 포토마스크를 사용하여 행해지는 노광방법에 관한 것이다.
종래, 반도체소자의 제조에 있어서는, 도2(a),(b)에 도시한 바와 같이, 하층배선층(7) 위에 형성되어 있는 층간절연막(6)에 스루홀(61)과 배선홈을 형성하고, 배선재료를 매립하는 수법이 사용되고 있다.
이 경우의 층간절연막(6)은 도2(b)에 도시한 바와 같이, 주위의 영역(이하, 기본영역 21이라 한다)으로부터 층간절연막(6)이 완전히 제거된 스루홀(61)에 상당하는 스루홀영역(23)을 갖는 외에, 기본영역(21)과 비교하여 층간절연막(6)의 층두께가 거의 절반(1/2)으로 되는 하프영역(22)을 갖고 있다. 또한 이 하프영역(22)과 기본영역(21)에 도2(a)에 도시한 바와 같은 단차형상(62)이 구성된다. 층간절연막(6)에 상기 단차형상(62)을 형성하는 방법으로서는, 종래 기술의 조합에 의해, 예를들면, 이하에 도시한 두 가지 방법을 들 수 있다.
제 1 방법은 하프에칭을 사용하는 방법이다. 이 방법에서는, 도11(a)에 도시한 바와 같이, 우선, 최상층으로부터 레지스트(5), 층간절연막(6), 하층배선층(7)의 순서로 형성된 웨이퍼에 대해 하프영역(22)(도2(b) 참조)의 노광·현상을 행한다(도면에서 화살표).
다음, 도11(b)에 도시한 바와 같이, 현상후 레지스트(5)가 제거된 하프영역(22)에 대해 하프에칭 처리를 실시하고, 층간절연막(6)을 원래의 층두께의 반정도로 에칭하고, 단차형상(62)을 형성한다.
그 후, 도11(c)에 도시한 바와 같이, 두 번째 레지스트(5)를 도포한 후, 스루홀 영역(23)(도2(b) 참조)의 노광 및 현상을 행한다(도면에서 화살표). 또한, 도11(d)에 도시한 바와 같이, 스루홀영역(23)의 층간절연막(6)에 에칭처리를 실시하고, 스루홀(61)을 형성한다.
제 2 방법은, 하프노광을 하는 방법이다. 이 방법에서는, 우선, 도12(a)에 도시한 바와 같이, 도11(a)에 도시한 것과 동일한 구성을 갖는 웨이퍼에 있어서, 하프영역(22)에 대해 하프노광(노광후의 레지스트(5)의 층두께가 원래의 반정도로 되는 노광; 도면에서 화살표)를 행한다. 그 후, 스루홀영역(23)에 대해 부족한 노광량을 추가로 노광한다. 그 결과, 도12(b)에 도시한 바와 같이, 레지스트(5)에 레지스트홀(101)과 레지스트 단차(102)가 형성된다.
그 후, 도12(c)에 도시한 바와 같이, 스루홀영역(23)의 에칭을 행하여 층간절연막(6)을 제거하고 스루홀(61)을 형성한 후, 도12(d)에 도시한 바와 같이, 하프영역(22)의 레지스트(5)를 제거(애싱)한다. 최후로, 도12(e)에 도시한 바와 같이, 하프에칭공정에 의해 층간절연막(6)에 단차형상(62)을 형성한다.
또한, 상기 단차형상(62)을 형성하는 다른 방법으로서, 투과율계조를 구비한 포토마스크, 즉, 차광부, 반투과부 및 투과부를 제공한 포토마스크를 사용하여 노광·현상공정을 하는 기술이 알려지고 있다.
상기 기술로서는, 예를 들면, (1) 일본국 특허공개공보 63-18351호(공개일 1988년 1월26일), (2) 동 공개특허공보 6-27636호(공개일 1994년 2월4일), 또는 (3) 동 공개특허공보 7-49410호(공개일 1995년 2월21일)에 개시되어 있는 기술 등을 들 수 있다.
상기한 기술에서는, 반투과부로서, 산화 크롬(CrO)으로 이루어지는 반투명막을 사용하고, 차광부에 크롬(Cr)막을 사용하고 있다. 또한, 상기 기술에서는, 반투과부로서, 빛을 흡수하는 물질을 혼입시킨 산화실리콘(SiO2)막을 사용함과 동시에, 차광부로서, 산화크롬/크롬/산화크롬(CrO/Cr/CrO)의 3층 구조를 갖는 차광막을 사용하고 있다. 또한, 상기한 기술에서는, 크롬화합물을 사용한 포토마스크에 있어서, 크롬화합물의 막두께를 변경함으로써 차광부나 반투과부를 형성하고 있다.
그러나, 상술한 각 기술에는 하기와 같은 문제점이 있다.
우선, 상기 제1 방법은, 종래 기술을 활용한 일반적인 수법이지만, 레지스트 도포공정, 노광·현상공정, 에칭공정이라는 일련의 과정을 2회 반복할 필요가 있어, 공정수가 대단히 증가한다. 그 때문에, 스루풋이 저하함과 동시에, 반도체소자에 더스트가 부착하기 쉽기 때문에, 디바이스의 수율이 저하할 염려가 있다.
또한, 상기 제2 방법은, 노광·현상공정을 2회 행하는 이외의 공정은 모두 1회로 끝나기 때문에, 상기 제1 방법과 비교하면 공정수가 감소된다. 그러나, 노광·현상공정에 있어서 2매의 포토마스크를 사용하기 때문에, 하프영역(22)의 노광패턴과 스루홀영역(23)의 노광패턴과의 얼라인먼트 정밀도가 필요하게 된다.
상기 각 노광패턴의 얼라인먼트 정밀도는, 2매의 포토마스크를 스테퍼로 각각 얼라인먼트시의 정밀도와, 2매의 포토마스크 자신의 상대위치 정밀도(포토마스크의 중합 정밀도)에 의해 결정된다. 그 때문에, 어느 쪽도 대단한 고정밀도가 요구되어, 현상·노광공정에서의 불안정요소로 된다.
이와 같이 상기 각 방법에서는, 복수회의 노광·현상을 필요로 하거나, 포토마스크의 고정밀도의 위치정합을 필요로 하기 때문에, 층간절연막(6)에 단차형성하는 공정의 복잡화를 초래한다.
이에 대해, 상기 (1)∼(3)의 각 기술에서는, 1매의 포토마스크에 차광부 및 투과부에 더하여 반투과부를 구비하는 것을 사용하고 있다. 때문에, 1회의 노광·현상으로, 레지스트(5)에 도12(b)에 도시한 바와 같은 레지스트 단차(102)를 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 층간절연막(6)에 단차형상(62)을 형성할 때 복수회의 노광·현상이나 고정밀도의 포토마스크의 위치정합이 필요 없어, 단차형성 공정을 보다 단축화·간소화하는 것이 가능하다.
그러나, 상기 (1)∼(3)의 각 기술에서는, 1매의 포토마스크에 구비되어 있는 투과부 및 반투과부의 구체적인 구성에 대해 고찰한 경우, 투과율계조에 대해서는 언급되어 있지만, 투과부에 대한 반투과부의 위상차 설정에 관해서는 전혀 언급되어 있지 않다.
반도체소자의 제조에 있어서는, 스루홀(61)이나 배선홈이 보다 미세하게 되어 있으나, 이러한 미세한 노광패턴을, 투과율계조를 갖는 포토마스크를 사용하여 정확히 레지스트(5)로 전사하기 위해서는, 투과부에 대한 반투과부의 위상차 제어가 불가결하다. 따라서, 상기 (1)∼(3)의 각 기술에서는, 레지스트(5)에 대해 소망의 레지스트 단차(102)를 확실히 형성할 수 없다고 하는 문제를 초래한다.
본 발명의 목적은, 반투과부의 투과부에 대한 투과율 및 위상차를 고려함으로써, 레지스트상에 정확한 레지스트 단차를 형성할 수 있는 포토마스크와, 상기 포토마스크의 제조방법 및 상기 포토마스크를 사용한 노광방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 포토마스크는,
빛을 투과시키고, 레지스트에 조사시키는 고투과부; 및
상기 고투과부보다도 낮은 투과율을 갖는 저투과부를 포함하고,
상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과부를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과부가 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면, 포토마스크의 고투과부 및 저투과부를 통해, 빛이 레지스트에 조사되어, 포토마스크의 고투과부와 저투과부의 투과율 차에 따라, 레지스트상에 단차가 형성된다.
종래의 포토마스크에 있어서도, 이와 같이 투과율이 높은 부분과 낮은 부분이 제공되고, 그 투과율차를 이용하여 레지스트상에 단차의 형성을 행하고 있었다.
그러나, 최근에는, 예컨대 반도체소자의 스루홀이나 배선홈으로서, 대단히 미세한 단차를 형성하는 것이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따르기 위해서는, 투과율만 고려한 종래의 포토마스크의 구성은 불충분하여, 레지스트상에 미세한 단차를 정확히 형성할 수 없다.
그 이유는, 다음과 같다. 즉, 고투과부를 투과한 빛과 저투과부를 투과한 빛이 레지스트상에서 동위상을 가질 때, 상기 레지스트상에 조사된 빛의 강도가 증대하는 한편, 서로 다른 위상을 가질 때는 강도가 감소한다. 이와 같이, 빛의 간섭에 의해 레지스트상에서의 빛의 강도가 변화하면, 레지스트가 남거나 레지스트의 감소가 발생하여, 소망의 단차가 레지스트상에 형성되지 않게 된다.
따라서, 본 발명의 상기구성에 있어서는, 고투과부를 투과한 빛과 저투과부를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과부가 구성되어 있다. 따라서, 빛의 간섭에 의한 빛의 강도변화를 억제할 수 있기 때문에, 레지스트가 남거나 레지스트의 감소를 발생시키지 않고 미세한 단차를 정확히 레지스트상에 형성할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 포토마스크의 제조방법은,
고투과성 기판상에, 상기 고투과성 기판보다도 낮은 투과율을 갖는 저투과성막을 형성하는 공정 a;
상기 저투과성막의 일부를 제거하고, 상기 고투과성 기판을 노출시킴에 따라, 고투과부를 형성하는 공정 b를 포함하고,
상기공정 a에서, 상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과성막을 투과한 빛과 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과성막을 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 의하면, 고투과성 기판상에 저투과성막을 형성할 때, 상기 고투과성 기판의 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과성막을 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록 저투과성막을 형성한다. 따라서, 빛의 간섭에 의한 빛의 강도변화를 억제할 수 있기 때문에, 레지스트가 남거나 레지스트의 감소를 발생시키지 않고 미세한 단차를 정확히 레지스트상에 형성할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 포토마스크의 노광방법은,
빛을 투과시켜 레지스트에 조사시키는 고투과부와, 상기 고투과부보다 낮은 투과율을 갖는 저투과부를 포함하고, 상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과부를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과부가 구성되어 있는 포토마스크를 사용하여, 레지스트를 노광하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법에 의하면, 레지스트를 노광할 때, 빛을 투과시켜 레지스트에 조사하는 고투과부와, 상기 고투과부보다도 낮은 투과율을 갖는 저투과부를 포함하고, 상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과부를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과부가 구성되어 있는 포토마스크를 사용한다. 따라서, 빛의 간섭에 의한 빛의 강도변화를 억제할 수 있기 때문에, 레지스트가 남거나 레지스트의 감소를 발생시키지 않고 미세한 단차를 정확히 레지스트상에 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 우수한 점은 이하에 도시한 기재에 의해 충분히 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 이점은 첨부도면을 참조한 다음 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도1(a)은 본 발명의 1실시형태에 관한 포토마스크의 구성을 도시한 단면도이고, 도1(b)는 도1(a)에 도시한 포토마스크를 개재한 노광광의 광강도의 분포를 도시한 그래프이고, 도1(c)는 도1(a)에 도시한 포토마스크로 노광한 경우에 형성되는 레지스트의 구조를 도시한 단면도이고, 도1(d)는 도1(c)에 도시한 레지스트의 평면도이다.
도2(a)는 도1(a)에 도시한 포토마스크에 의해 형성되는 층간절연막의 구조를 도시한 단면도이고, 도2(b)는 도2(a)에 도시한 층간절연막의 평면도이다.
도3(a)∼(e)는 도1(a)에 도시한 포토마스크를 사용하여 층간절연막에 단차형상 및 스루홀을 형성하는 공정을 도시한 설명도이다.
도4(a)는 도1(a)에 도시한 포토마스크와 다른 위상차를 갖는 포토마스크의 구성을 도시한 단면도이고, 도4(b)는 도4(a)에 도시한 포토마스크를 개재한 노광광의 광강도의 분포를 도시한 그래프이고, 도4(c)는 도4(a)에 도시한 포토마스크로 노광한 경우에 형성되는 레지스트의 구조를 도시한 단면도이고, 도4(d)는 도4(c)에 도시한 레지스트의 평면도이다.
도5(a)는 도1(a)에 도시한 포토마스크에 있어서, 노광시에 있어서의 스루홀영역의 시프트를 고려하지 않은 경우의 노광패턴을 도시한 개략도이고, 도5(b)는 도5(a)에 도시한 노광패턴에 의해 얻어지는 실제 레지스트패턴을 도시한 개략도이다.
도6(a)는 도1(a)에 도시한 포토마스크에 있어서, 노광시에 있어서의 스루홀영역의 시프트를 고려한 경우의 노광패턴을 도시한 개략도이고, 도6(b)는 도6(a)에 도시한 노광패턴에 의해 얻어지는 실제 레지스트패턴을 도시한 개략도이다.
도7은 도5(a),(b) 및 도6(a),(b)에 도시한 포토마스크에 있어서의 노광패턴의 축소폭 ΔM과 레지스트패턴의 시프트폭 ΔW의 관계를 도시한 그래프이다.
도8(a)∼(e)은, 도1(a)에 도시한 포토마스크를 제조하는 공정을 도시한 설명도이다.
도9는 도1(a)에 도시한 포토마스크에 있어서의 반투과부의 투과율 및 위상차와 막두께의 관계를 도시한 그래프이다.
도10(a)∼(f)는 도1(a)에 도시한 포토마스크에 있어서의 반투과부의 투과율을 15%로 하였을 때, 위상차를 변화시켜 얻어지는 노광광의 광강도의 분포를 도시한 도면이다.
도11(a)∼(d)는 종래의 포토마스크에 의해 층간절연막에 스루홀 및 단차형상을 형성하는 공정의 일례를 도시한 설명도이다.
도12(a)∼(e)는 종래의 포토마스크에 의해 층간절연막에 스루홀 및 단차형상을 형성하는 공정의 다른 예를 도시한 설명도이다.
본 발명의 실시의 1형태에 관해서 도1(a)-(d) 내지 도10(a)-(f)에 따라 설명하면 이하와 같다. 단, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 관한 포토마스크는, 반도체소자의 층간절연막에 단차형상을 형성하는 것을 목적으로 하며, 1회의 노광·현상으로, 레지스트상에 레지스트 단차를 형성하기 위해 사용된다.
이에 따라, 1매의 포토마스크에, 높은 투과율로 노광광을 투과하는 투과부, 투과율이 상기 투과부의 투과율보다도 낮게 되도록 설정된 반투과부 및 노광광을 실질적으로 차단하는 차광부를 각각 설정한 다음, 투과부에 대한 반투과부의 위상차를, 상기 반투과부를 투과하는 노광광과 투과부를 투과하는 노광광 사이에 발생하는 간섭을 억제하도록 최적화하고 있다.
우선, 반도체소자에 있어서의 층간절연막의 형성에 관해 설명한다. 도2(a)에 도시한 바와 같이, 하층배선층(7)상에 층간절연막(6)이 형성된 웨이퍼를 예로 하면, 상기 층간절연막(6)에는, 하층배선층(7)을 노출시키기 위한 스루홀(61)이 형성되고, 그 주위에 배선홈으로 되는 단차형상(62)이 형성되어 있다. 이 단차형상(62)은, 적어도, 형성된 당초의 층두께를 갖는 영역과, 층간절연막(6)의 층두께가 당초의 거의 절반(1/2)으로 되는 영역으로 이루어지고 있다.
또, 이하의 설명에서는, 도2(b)에 도시한 바와 같이, 상기 형성된 당초의 층두께를 갖는 영역에 상당하는 영역을 기본영역(21)으로 하고, 층두께가 당초의 거의 절반(1/2)으로 되는 영역에 상당하는 영역을 하프영역(22)으로 하고, 스루홀(61)에 상당하는 영역을 스루홀영역(23)으로 한다.
상기 층간절연막(6)에 단차형상(62)은, 레지스트를 사용한 에칭에 의해 형성되나, 이 단차형상(62)에 상당하는 정확한 레지스트패턴을 노광하기 위해서는, 적어도 3계조의 투과율설정을 갖는 포토마스크가 사용된다. 포토마스크를 사용한 단차형상(62)의 형성 과정에 관해 설명한다.
우선, 도3(a)에 도시한 바와 같이, 하층배선층(7)상에 층간절연막(6)을 형성한 웨이퍼의 층간절연막(6)상에, 층상의 레지스트(5)를 형성하고, 포토마스크(1)를 개재하여 노광한다. 이 포토마스크(1)는 투과부(11), 반투과부(12) 및 차광부(13)를 갖고 있다. 그 후, 현상하여, 도3(b)에 도시한 바와 같이, 레지스트홀(51) 및 레지스트 단차(52)를 갖는 레지스트(5)가 형성된다.
이 때, 차광부(13)에 상당하는 영역은 상기 기본영역(21)이고, 웨이퍼상의 레지스트(5)는 그대로 잔존한다. 반투과부(12)에 상당하는 영역은 상기 하프영역(22)이고, 현상후, 레지스트(5)가 원래의 층두께의 거의 1/2로 된다. 이 하프영역(22)에 의해 레지스트 단차(52)가 형성된다. 투과부(11)에 상당하는 영역은 상기스루홀영역(23)이고, 레지스트(5)가 완전히 제거되어 레지스트홀(51)로 된다.
그 후, 도3(c)에 도시한 바와 같이, 레지스트홀(51)(스루홀영역(23)에 에칭을 행함으로써, 층간절연막(6)을 제거하고 하층배선층(7)을 노출시켜 스루홀(61)을 형성한 후, 도3(d)에 도시한 바와 같이, 하프영역(22)의 레지스트(5)를 제거(애싱)한다. 최후로, 도3(e)에 도시한 바와 같이, 하프에칭 공정에 의해, 하프영역(22)에 있어서의 층간절연막(6)을 원래 두께의 반 정도로 에칭하고, 층간절연막(6)에 단차형상(62)을 형성한다.
이와 같이 층간절연막(6)에 단차형상(62)을 형성하기 위해서는, 에칭에 있어서의 마스킹재료로 되는 레지스트(5)에 대해, 하프영역(22)에 레지스트 단차(52)를 제공할 필요가 있다.
이 때, 상기 포토마스크(1)에서는, 하프영역(22)에 레지스트 단차(52)를 형성하기 위해, 투과부(11)의 투과율에 대해, 반투과부(12)에 있어서의 투과율을 엄밀히 설정하고 있다. 즉, 투과부(11)의 투과율은, 투과부(11)를 투과한 노광광이 레지스트(5)를 완전히 제거할 수 있는 광강도로 하면, 반투과부(12)의 투과율은, 반투과부(12)를 투과한 노광광이 레지스트(5)를 원래의 층두께의 거의 1/2 정도로 하는 광강도로 되도록 설정되어 있다.
그러나, 반투과부(12)에서는, 단지 투과부(11)에 대한 투과율을 설정하는 것만으로는, 레지스트(5)에 확실한 레지스트 단차(52)를 형성할 수 없다. 또한, 반투과부(12)에서는, 투과부(11)에 대한 위상차도 설정해야 한다.
상기 위상차의 설정에 대해, 도4(a)에 도시한 바와 같이, 투과부(11)에 대한 반투과부(12)의 위상차가 180°부근인 포토마스크(10)를 사용하여 레지스트(5)를 노광한 상황을 예로 들어 설명한다.
상기 포토마스크(10)는, 도4(a)에 도시한 바와 같이, 투명기판(2)상에 반투명막(3) 및 차광막(4)의 2층 구조막이 형성된 3층 구조로 되어있다. 또한, 상기 투명기판(2)의 노출 부위가 투과부(11)이고, 투명기판(2)을 덮는 반투명막(3)의 노출 부위가 반투과부(12)이고, 투명기판(2), 반투명막(3)을 커버하고 있는 차광막(4)의 부위가 차광부(13)이다.
이 때, 상기 반투과부(12)의 투과율은, 상술한 바와 같이, 반투명막(3)을 개재하여 레지스트(5)를 노광하였을 때, 그 층두께가 원래의 층두께의 거의 절반으로 되도록 노광될 수 있는 광강도 e0로 설정되어 있지만, 투과부(11)(투명기판(2))에 대한 위상차에 관해서는 특별히 고려되어 있지 않다.
상기 투과부(11)의 투명기판(2)에 대한 반투과부(12)의 반투명막(3)의 위상차가 180°부근인 경우, 투과부(11)와 반투과부(12)의 경계선(14)상에서는, 역위상의 광간섭 효과에 의해, 광강도가 0으로 되는 부위가 발생한다. 구체적으로는, 종축을 광강도 e로 하고 횡축을 웨이퍼상의 위치 P로 한 광강도 분포의 그래프에 있어서, 도4(b)에 도시한 바와 같이, 상기 경계선(14)상에, 광강도가 0으로 되는 점 P0가 발생한다. 이 때문에, 상기 포토마스크(10)를 사용하여 레지스트(5)를 노광·현상하면, 도4(c)의 레지스트 단면도로 도시한 바와 같이, 상기 점 P0에 상당하는 부위에서는 광강도가 0으로 되기 때문에, 레지스트 잔류(53)가 발생한다.
또한, 투과부(11)에 있어서의 투명기판(2)의 일차 회절광과, 반투과부(12)에 있어서의 반투명막(3)의 투과광이 서로 동위상으로 되어 간섭하는 위치(도면에서는, 직사각형의 하프영역(22)에 있어서, 짧은 측의 근처와 중앙의 레지스트홀(51)의 중간 근방으로 되는 위치)에서는, 광강도의 2차 피크 P1이 발생한다. 이 때문에, 도4(c)에 도시한 바와 같이, 이 2차 피크 P1에 상당하는 부위에 있어서는, 레지스트(5)가 소망의 층두께보다 감소하는 레지스트 로스(54)가 발생한다.
즉, 상술한 반투명막(3)의 투과율이, 도4(b)에 있어서의 점선으로 도시한 바와 같다, 적정한 광강도 e0로 설정되었다고 해도, 투과부(11)에 있어서의 투명기판(2)에 대한 반투과부(12)에 있어서의 반투명막(3)의 위상차를 설정하지 않으면, 점 P0에서는 광강도차 ΔI = ΔI0, 2차 피크 P1에서는 광강도차 ΔI= ΔI1이 발생하게 된다.
따라서, 위상차를 고려하지 않은 상기 포토마스크(10)는, 반투명막(3)에, 최대로 ΔI0+ ΔI1의 광강도차가 발생한 상태로 노광에 사용된다. 그 결과, 상기 포토마스크(10)를 사용한 노광·현상에서는, 도4(d)에 도시한 바와 같이, 레지스트(5)에 레지스트 단차(52)를 확실히 형성할 수 없다.
상기 레지스트 단차(52)는, 도4(d)에서는, 이상적으로는, 주위를 기본영역(21)으로 포위하고, 파선부도 포함한 거의 직사각형장의 영역으로 되는 하프영역(22)에 형성되는 것이다. 그러나, 스루홀영역(23)의 주위인 점 P0에 상당하는 부위에, 원래의 1/2 이상의 층두께를 갖는 레지스트 잔류(53)가 발생하고, 또한, 상기 2차 피크 P1에 상당하는 부위에는 레지스트 로스(54)가 발생한다(도면에서 파선으로 도시한 원형).
따라서, 투과부(11)에 대한 반투과부(12)의 투과율만을 적정한 값으로 설정하면, 투과부(11)에 대한 반투과부(12)의 위상차를 고려하지 않는 한, 정확한 레지스트 단차(52)를 갖는 레지스트(5)를 얻을 수 없게 된다. 정확한 레지스트 단차(52)를 형성할 수 없으면, 층간절연막(6)에 정확한 하프영역(22)을 형성할 수 없게 되어, 결과적으로 소망의 단차형상(62)을 갖는 층간절연막(6)이 얻어지지 않게 된다.
따라서, 본 발명의 포토마스크(1)에서는, 반투과부(12)에 있어서, 투과부(11)에 대한 투과율은 물론 위상차도 설정한 것을 사용하고 있다. 즉, 투과부(11)를 투과한 빛과 반투과부(12)를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 반투과부(12)가 구성되어 있다. 구체적으로는, 그와 같은 위상차가 발생하도록, 반투과부(12)의 굴절율 및 막두께가 설정되어 있다, 즉, 본 발명의 포토마스크(1)는, 투명기판(2)에 제공된 반투과부(12)와 투과부(11) 사이의 위상차를 제어하는 것으로, 반투과부(12)의 전역에서 투과부(11)의 영향을 받지 않고 적정한 광강도가 얻어지게 되어, 소망의 레지스트패턴을 형성할 수 있다.
도1(a)에 도시한 바와 같이, 상기 포토마스크(1)로서는, 상술한 포토마스크(10)와 같이 3층 구조(투명기판(2)·반투명막(3)·차광막(4))의 것이 사용된다. 투명기판(고투과성 기판)(2)의 노출 부위는 투과부(고투과부)(11)이고, 투명기판(2)을 커버하는 반투명막(저투과성막)(3)의 노출 부위가 반투과부(저투과부)(12)이고, 투명기판(2)·반투명막(3)을 커버하는 차광막(4)의 부위가 차광부(13)이다.
이 때의 반투과부(12)의 투과율은, 상기 적정한 광강도 e0로 되도록 설정되어 있다. 또한, 이 투과율에 더하여, 투과부(11)에 대한 반투과부(12)의 위상차도 최적화되어 있다. 본 발명에서는, 레지스트(5)에 레지스트 단차(52)를 확실히 형성하기 위해, 반투과부(12)를 투과하는 노광광과 투과부(11)를 투과하는 노광광 사이에 발생하는 간섭을 억제하도록 위상차가 설정된다.
이에 따라, 도1(b)의 광강도 분포의 그래프로 도시한 바와 같이, 반투과부(12)의 투과율은, 거의 전역에서 거의 적정한 광강도 e0로 된다. 즉, 반투명막(3)에 있어서는, 노광광이 거의 간섭하지 않기 때문에, 광강도차 ΔI가 거의 0으로 되어, 상술한 포토마스크(10)와 같은 광강도차 ΔI = ΔI0+ ΔI1은 발생하지 않는다.
따라서, 상기 포토마스크(1)를 사용하여 레지스트(5)를 노광·현상하면, 도1(c)의 레지스트 단면도로 도시한 바와 같이, 하프영역(22)에 있어서, 레지스트홀(51)의 근방에서의 레지스트 잔류(53)나 레지스트 로스(54)의 발생을 피할 수 있다. 따라서, 하프영역(22)에서는, 레지스트(5)의 층두께가 원래의 거의 1/2로 되어, 소망의 레지스트 단차(52)를 형성할 수 있다.
또한, 도1(d)의 레지스트 평면도로 도시한 바와 같이, 하프영역(22)은, 포토마스크(1)에 형성된 노광패턴에 따른 레지스트패턴으로 형성되어 있다. 즉, 하프영역(22)은, 주위를 기본영역(21)에 둘러싸인 거의 직사각형의 영역으로 되고, 또한 중앙부에 기본영역(21)과 접하도록 스루홀영역(23)이 형성되어 있다. 이에 따라, 레지스트(5)에 대해 확실한 레지스트 단차(52)를 효율적으로 형성할 수 있다.
상기 레지스트 단차(52)가 형성된 레지스트(5)에 대해, 에칭처리 및 애싱처리를 실시하면, 도2(a),(b)에 도시한 바와 같다, 소망의 단차형상(62)및 하프영역(22)이 형성된 층간절연막(6)을 얻을 수 있다.
상기 반투과부(12)에 있어서는, 도4(c),(d)에 도시한 바와 같은 레지스트 잔류(53)·레지스트 로스(54)를 피할 수 있는 투과율 및 위상차의 적정한 수치는 특별히 한정되지 않으며, 예를들면, 노광공정에 사용되는 노광장치의 광원이나, 레지스트(5)로서 사용되는 재질의 성능, 형성되는 레지스트(5)의 층두께 등에 의해 적절히 변동한다.
또한, 상기 반투과부(12)의 투과율 및 위상차는, 반투명막(3)의 막두께에 의해 동시에 변화하는 경우가 있기 때문에, 반투과부(12)에 있어서의 투과율·위상차의 설정에 있어서는, 반투명막(3)의 막두께도 적절히 설정되는 것이 대단히 바람직하다.
예를들면, 본 실시 형태에서는, 후술하는 반투명막(3)으로서 몰리브덴실리사이드의 산질화물(MoSiOXNY)을 사용하고 있다. 이 때, 반투과부(12)의 투과율은, 투과부(11)의 투과율에 대해 10∼30%의 범위내인 것이 바람직하며, 15% 전후인 것이 특히 바람직하다. 또한, 투과부(11)에 대한 위상차는 50∼70°의 범위내인 것이 바람직하고, 60°전후인 것이 특히 바람직하다. 상기 반투과부(12)의 투과율 및 위상차에 관해서는 후술한다.
본 발명의 포토마스크(1)에서는, 상술한 반투과부(12)에서, 투과부(11)에 대한 투과율 및 위상차를 적정히 설정하는 것에 더하여, 다시, 반투과부(12) 및 차광부(13)를 포함하는 노광패턴의 사이즈를 적정히 조정하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 투과부(11) 및 반투과부(12)의 투과율차에 기인하는, 투과부(11)를 투과한 빛의 시프트에 따라 조정된 형상을 투과부(11)가 갖고 있는 것이 보다 바람직하다.
예를들면, 층간절연막(6)에 상기 스루홀(61) 및 단차형상(62)을 형성하기 위해, 도5(a)에 도시한 바와 같이, 기본영역(21)에 주변을 둘러싸도록 직사각형의 하프영역(22)을 제공하고, 이 하프영역(22)의 중앙부에 기본영역(21)에 접촉하도록 하여 스루홀(61)을 제공하는 노광패턴을 사용한다. 이 경우에 사용되는 포토마스크(1)로서는, 기본영역(21)이 차광부(13), 하프영역(22)이 반투과부(12), 스루홀(61)이 투과부(11)에 상당한다.
그런데, 상기 포토마스크(1)로, 도3(a)에 도시한 바와 같이, 층간절연막(6)상에 형성된 레지스트(5)를 노광·현상하면, 반투과부(12)와 투과부(11)의 투과율의 차에 의해, 도5(b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼상에서의 레지스트패턴이 시프트하여, 노광패턴대로의 소망의 레지스트패턴이 얻어지지 않는다.
구체적으로는, 기본영역(21)에 접하도록 형성될 것인 스루홀영역(23)이, 도5(b)에 도시한 바와 같이, 노광광의 조사영역이 확대하고, 기본영역(21)을 폭 ΔW 침식하도록 시프트한다(이 때의 폭 ΔW를 시프트폭 ΔW로 한다). 이 시프트폭 ΔW의 발생에 의해, 스루홀영역(23)은 도5(a)에 도시한 바와 같은 이상적인 사이즈보다도 커지기 때문에, 층간절연막(6)에 소망의 스루홀(61)을 형성할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 포토마스크(1)에서는, 상기 투과부(11) 및 반투과부(12)의 투과율이 다른 것에 의해 발생하는, 투과부(11)를 투과한 노광광의 시프트 (시프트폭 ΔW)에 따라, 상기 투과부(11)의 형상을, 실제로 형성하는 형상으로부터 변화시키고 있다. 본 실시의 형태에서는, 도6(a)에 도시한 바와 같이, 스루홀영역(23)의 크기를, 하프영역(22)에 대해 작게 되도록 설정하고 있다.
스루홀영역(23)은 포토마스크(1)에 있어서의 투과부(11)에 상당하기 때문에,
반투과부(12)에 상당하는 하프영역(22)보다도 노광광의 투과율이 높게 된다. 그 때문에, 노광시에 시프트폭 ΔW가 발생한다. 따라서, 시프트폭 ΔW에 따라 투과부(11)(스루홀영역 23)의 사이즈를 ΔM만큼 작게 한다(축소폭 ΔM으로 한다).
이에 의해, 도6(b)에 도시한 바와 같이, 도5(a)로 도시한 바와 같은 이상적인 노광패턴에 가까운, 소망의 레지스트패턴(기본영역 21에 접하는 스루홀영역 23을 갖는 레지스트패턴)을 얻을 수 있다. 또, 상기 시프트폭 ΔW는, 포토마스크(l)나 노광장치의 구성에 따라 적절히 변화하는 파라미터이기 때문에, 특히 수치적으로 한정되는 것은 아니다.
예를들면, 도7의 그래프로 도시한 바와 같이, 상기 시프트폭 ΔW와 축소폭 ΔM의 관계에 대해 고려하면, 축소폭 ΔM이 0인 노광패턴(도5(a) 참조)으로 노광하면, 스루홀영역(23)의 시프트폭 ΔW는 최대로 된다(도5(b) 참조). 따라서, 축소폭 ΔM을 크게 하면, 시프트폭 ΔW가 0으로 되는 점 M0에 달한다. 따라서, 축소폭 ΔM= M0로 한 노광패턴(도6(a) 참조)을 사용하면, 적정한 스루홀(61)이 형성된다(도6(b) 참조). 단, 축소폭 ΔM = M0는 노광장치의 광원이나, 포토마스크(1)에 있어서의 반투과부(12)·투과부(11)의 투과율 등에 의해 적절히 변화한다.
다음, 상술한 본 발명의 포토마스크(1)의 제조방법에 관해 설명한다.
상기 포토마스크(1)의 제조에 있어서는, 적어도, 2층구조막 형성공정, 노광공정, 2층구조막 제거공정, 레지스트제거공정, 및 차광막 제거공정의 5 공정이 실시된다.
우선, 투명기판(2)상에 반투명막(3)을 형성하고, 반투명막(3) 위에 차광막(4)을 형성한다. 즉, 투명기판(2)상에, 반투명막(3) 및 차광막(4)으로 이루어지는 2층구조막을 형성함으로써, 도8(a)에 도시한 바와 같은 3층구조(1a)를 얻는다(2층구조막 형성공정).
상기 반투명막(3)으로서는 소망의 투과율을 얻을 수 있는 재질이면 한정되지 않으나, 예를들면, 실리사이드의 산화물, 질화물 또는 산질화물이 바람직하고, 몰리브덴실리사이드(MoSi)의 산화물(MoSi0X), 질화물(MoSiNY), 또는 산질화물(MoSiOXNY)이 보다 바람직하며, MoSiOXNY가 특히 바람직하다. 또, 상기 각 화학식중의 산소수를 나타낸 X 및 질소수를 도시한 Y는, X 〉 0, Y 〉 0이다.
상기 MoSiOXNY로 이루어지는 반투명막(3)(MoSiOXNY막)의 형성방법으로서는, 예를들면, 아르곤(Ar), 산소(O2) 및 질소(N2)의 각 가스를 포함하는 분위기하에 실시되는 반응성스퍼터법을 들 수 있다.
MoSiOXNY막을 반투명막(3)에 사용하면, 산소(O) 또는 질소(N)의 함유율을 변화시키는 것에 의해, 투명기판(2)에 대한 투과율이나 위상차를 제어할 수 있다. 이 때문에, 상기 각 화학식중의 산소수를 도시한 X 및 질소수를 도시한 Y는, 구체적인 수치로서 특별히 한정되는 것이 아니라, 투과율이나 위상차에 의해 변동한다.
MoSiOXNY막으로서는, 일반적으로, O 또는 N 함유량을 증가시키면 투과율이나 위상차가 함께 저하하는 경향이 있다. 또한, 위상차, 투과율은 MoSiOXNY막의 막두께에 의해 동시에 변화하기 때문에, 상술한 바와 같이, MoSiOXNY막의 막두께의 설정도 중요하다.
본 실시형태에 있어서 반투명막(3)으로서 사용되는 MoSiOXNY막의 투과율은, 투명기판(2)의 투과율에 대해 10∼30%의 범위내가 바람직하고, 15% 전후가 특히 바람직하다. 또한, 위상차는, 투명기판(2)에 대해 50∼70°의 범위내가 바람직하고, 60°전후가 특히 바람직하다. 또한 MoSiOXNY막의 막두께는, 500∼70Å의 범위내이고, 60Å 전후인 것이 바람직하다. 단지, 상기 투과율이나 위상차, 막두께는, 상술한 바와 같이, 노광장치의 광원이나 레지스트(5)의 종류 등에 의해 적절히 설정된다.
또한, 차광막(4)으로서는 얇은 막으로 충분한 차광성을 갖는 재질이면 한정되지 않으나, 예를들면 크롬(Cr:100 nm의 막두께로 광학농도가 약 3.0)이 특히 바람직하다. 이 차광막(4)의 형성방법으로서는, 예를들면 스퍼터법을 적절히 사용할 수 있다.
다음에, 도8(a)에 도시한 바와 같이, 이 3층구조(1a) 위에, 레지스트(8) (예를들면 EB 레지스트: 상품명 ZEP810S, 일본 제온제)를 소망의 두께로 도포한다. 이 레지스트(8)는, 상술한 레지스트(5)와 같은 것이라도 좋고, 다른 것이라도 좋다.
상기 레지스트(8)의 층두께로서는 특히 한정되지 않지만, 4500∼5500Å 정도인 것이 바람직하다. 이 레지스트(8)에 대해, 전자빔 노광(도면에서 화살표)에 의해, 투과부(11)및 반투과부(12)에 상당하는 영역의 노광을 행한다(노광공정). 상기 투과부(11)에 상당하는 영역에 대해서는 현상후에 레지스트(8)가 완전히 제거되도록 노광이 실시될 수 있다. 또한, 상기 반투과부(12)에 상당하는 영역에 대해는, 현상후에 레지스트(8)의 층두께가 원래의 약1/2로 되도록 노광량을 조정하여 노광이 실시될 수 있다.
상기 전자빔 노광으에서는, 투과부(11) 및 반투과부(12)에 상당하는 영역에 대해, 동일한 기준치를 기초로 하여 주사함으로써 노광이 실시될 수 있기 때문에, 위치정밀도가 대단히 우수하다. 따라서, 먼저 반투과부(12)에 상당하는 영역의 노광이 실시된 후에, 투과부(11)에 상당하는 영역에 추가 노광이 실시되어도, 위치어긋남이 발생하지 않고, 소망하는 노광을 행할 수 있다.
이 전자빔 노광에 의해, 도8(b)에 도시한 바와 같이, 3층구조(1a)상에, 레지스트(8)가 그대로 잔존하는 잔존영역(31), 원래의 레지스트(8)보다도 얇은 층두께(이 경우, 원래의 약1/2)로 되어있는 박층영역(32)(반투과부(12)에 상당), 레지스트(8)가 제거된 제거영역(33)(투과부 11에 해당)을 갖는 레지스트패턴이 형성된다.
그 후, 도8(c)에 도시한 바와 같이, 에칭에 의해 제거영역(33)의 차광막(4) 및 반투명막(3)을 제거하고, 투명기판(2)을 노출시켜 투과부(11)를 형성한다(2층구조막 제거공정).
구체적으로는, 우선, 도8(b)에 도시한 레지스트패턴이 형성된 3층구조(1a)에 대해, 먼저 차광막(4)의 드라이에칭을 실시한다. 차광막(4)이 크롬막이면, 에칭가스로서 Cl2또는 CH2Cl2와 O2와의 혼합가스를 사용하는 드라이에칭을 적합하게 사용할 수 있다. 이들 혼합가스는, 하층인 반투명막(3)(MoSiOXNY막)에 대한 에칭의 선택성이 충분하기 때문에, 반투명막(3)의 열화는 전혀 발생하지 않는다.
또한, 차광막(4)의 제거가 끝난 후에, 반투명막(3)의 드라이에칭을 실시한다. 이 에칭에 있어서는, 잔존영역(31)에 있어서의 레지스트(8)와 하층의 차광막(4)이 마스크로 된다. 반투명막(3)이 MoSiOXNY막이고, 차광막(4)이 크롬막이면, 에칭가스로서 CF4및 O2의 혼합가스를 사용하는 드라이에칭을 적합하게 쓸 수 있다. 이 혼합가스를 사용하면, 마스킹재료로서의 레지스터(8) 및 차광막(4)(크롬막)에 대한 에칭의 선택성이 충분하여, 반투명막(3)만을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 도8(d)에 도시한 바와 같이, 애싱에 의해 박층영역(32)의 레지스트(8)를 제거한다(레지스트 제거공정). 이 애싱으로서는, 예를들면, O2플라즈마애싱법을 바람직하게 사용할 수 있다.
최후로, 도8(e)에 도시한 바와 같이, 박층영역(32)에 있어서의 차광막(4)을 에칭에 의해 제거하고, 반투명막(3)을 노출시켜 반투과부(12)를 형성한다(차광막 제거공정). 이 때 차광막(4)이 크롬막이면 상술한 바와 같은 드라이에칭을 적합하게 쓸 수 있다. 또, 잔존영역(31)의 레지스트(8)는 제거되어 차광막(4)이 노출되어, 차광부(13)로 된다. 이상의 과정에 의해, 본 발명에 따른 포토마스크(1)를 제조한다.
여기서, 투과부(11)의 사이즈는, 상술한 바와 같이, 노광시에 있어서의 노광광의 시프트가 고려된 사이즈로 되어있다. 또한, 반투명막(3)에 있어서의 투명기판(2)에 대한 투과율 및 위상차는, 재질의 선정시에 결정된다.
상술한 본 발명에 이러한 포토마스크(1)이 구체적인 구성에 관해 이하의 실시예에 따라 설명한다.
〔실시예〕
본 실시예에서는, 투명기판(2)으로서 석영기판을 사용하고, 이 투명기판(2)상에, 몰리브덴실리사이드의 산질화물(MoSiOXNY)로 이루어지는 반투명막(3)을 형성하고, 그 위에 크롬(Cr)으로 이루어지는 차광막(4)을 형성한 후, 상술한 제조방법에 의해, 본 발명에 따른 포토마스크(1)를 제조한다(도8(a)∼(e) 및 상술한 포토마스크(1)의 제조방법 참조).
얻어지는 포토마스크(1)로 반투과부(12)가 되는 MoSiOXNY막(반투명막(3))에 있어서의 투과율의 설정치는, 전술한 바와 같이, 노광시에 사용되는 노광장치의 광원이나 레지스트(5)의 종류·층두께 등에 의해 변화한다. 따라서, 반응성 스퍼터시에, 상기 각 가스의 함유율을 제어하는 것에 의해, MoSiOXNY막의 O 또는 N의 함유량을 변화시켜, MoSiOXNY막의 투과율(노광광의 흡수계수) 및 위상차(노광광의 굴절율)을 소망치로 설정하였다.
본 실시예에서는, 상기 반투과부(12)에 있어서의 반투명막(3)(MoSiOXNY막)의 막두께를 60Å로 한 경우, 반투명막(3)의 형성시에 O 또는 N의 함유량을 변화시키는 것에 따라, 투과율을, 투명기판(2)(즉, 투과부(11))의 투과율의 약 15%로 설정함과 동시에, 투명기판(2)에 대한 위상차를 약 60° 부근에 설정하였다.
이 투과율 또는 위상차와 반투명막(3)(MoSiOXNY막)의 막두께의 관계를 도9의 그래프에 나타낸다. 종축은 투과율(%) 또는 위상차(deg.=°)이고, 횡축이 반투명막(3)의 막두께(Å)이다. 이 그래프에서는, 반투명막(3)의 막두께에 대한 KrF 엑시머레이저에 있어서의 투과율·위상차의 의존성에 관해 도시하고 있다. 반투명막(3)의 막두께가 증가함에 따라 위상차(파선)은 비례하여 증가한다. 한편, 투과율(실선)은, 반투명막(3)의 막두께가 작을수록 높아지지만, 반대로 막두께가 커지면 0에 가까이 접근한다. 즉, 투과율은, 반투명막(3)의 막두께에 반비례하여 변화한다.
그래프에서는, 파선으로 도시한 위상차의 변화와 실선으로 도시한 투과율의 그래프가 교차하는 부근이 특히 바람직한 투과율 및 위상차의 관계를 나타내는 것으로 된다. 따라서, 노광장치의 광원으로서 KrF 엑시머레이저를 사용하여, 레지스트(5)로서 이에 해당하는 것을 사용한 경우는, 반투명막(3)(MoSiOXNY막)의 투과율은 10∼30%의 범위가 바람직하고, 약 15%가 특히 바람직하다. 마찬가지로, 위상차는 50∼70°의 범위내가 바람직하고, 약 60°로 되는 것이 특히 바람직하다.
또, 이 때의 반투명막(3)의 막두께는, 도9로부터 알 수 있는 바와 같이, 500∼70Å의 범위내인 것이 바람직하며, 60Å 전후인 것이 더 바람직하다.
상기 조건을 만족하는 반투명막(3)을 갖는 포토마스크(1)는, 층간절연막(6)에 소망의 단차형상(62)을 충분히 형성할 수 있는 광학적성능을 얻는다.
여기서, 상기 반투과부(12)의 투과부(11)에 대한 투과율이 약 15% 인 경우, 위상차를 변화시켰을 때, 포토마스크(1)를 투과한 노광광의 웨이퍼상에서의 광강도분포를 도10(a)∼(f)에 나타낸다. 도10(a)∼(f)에서는, 상기 노광광의 강도를 등고선으로 표시하고, 웨이퍼상에서는 기본영역(21), 하프영역(22) 및 스루홀영역(23)이 도5(a)에 도시한 바와 같은 형상으로 개략적으로 구분되어 있다. 또, 설명의 편의상, 도10(a)∼(f)에서는, 도5(a)에 도시한 바와 같은 형상의 좌절반에 상당하는 영역만 도시한다.
또한, 도면에서 A로 도시한 하프영역(22)의 라인폭이 0.25μm, 스루홀영역(23)의 사이즈가 0.25μm×0.25μm, 노광광의 파장이 248 nm, 노광장치의 광학계의 개구수(NA)가 0.55로 되어있다.
도10(a)∼(f)은, 각각 위상차 50°, 60°, 70°, 80°, 100°및 130°의 경우를 도시하고 있다. 도10(a)에 도시한 바와 같이, 위상차가 50°인 곳에서는 스루홀영역(23) 근방의 하프영역(22)으로 노광광의 강도가 약간 좁게 되어 있는 부위 S1이 보인다. 이와 같이 위상차가 지나치게 작으면, 광강도가 강하게 되어, 상기 S1과 같은 부위가 생기기 때문에, 레지스트(5)가 소망의 형상으로 패터닝되기가 어렵게 된다.
한편, 도10(c)∼(f)에 도시한 바와 같이, 위상차가 70°를 넘으면, 스루홀영역(23)근방의 하프영역(22)에 노광광의 조사범위가 커지는 부위 S2가 보인다. 특히, 도10(e),(f)에 도시한 바와 같이, 위상차가 커짐에 따라, 이 S2의 범위가 넓게되는 외에, 스루홀영역(23) 사이에 노광광이 조사되지 않은 불연속 영역 S3이 생긴다.
이와 같이 위상차가 지나치게 크면, 상기 S2나 S3와 같은 부위가 생긴다. 상기 S2는, 도4(b)∼(d)에서 설명한 레지스트 로스(54)가 발생하는 2차 피크 P1에 상당하고, S3는, 도4(b)∼(d)에서 설명한 레지스트 잔류(53)가 발생하는 점 P0에 상당한다. 따라서, 위상차가 지나치게 크면, 레지스트(5)상에 불필요한 요철이 형성된다.
이에 대해, 도10(b)에 도시한 바와 같이, 위상차가 60°인 경우에는, 노광광에 상기 S1∼S3가 생기지 않는다. 즉, 노광광의 광강도에 불연속인 부위가 생기지 않고, 매끄럽게 광강도가 변화한다. 따라서, 레지스트(5)를 노광한 경우에 레지스트 잔류(53)나 레지스트 로스(54)의 발생을 피할 수 있다.
이상의 결과로부터, 반투과부(12)에 있어서, 반투명막(3)으로서 MoSiOXNY막을 사용하여, 막두께를 약 600Å, 투과부(11)에 대한 투과율을 약 15%로 한 경우에는, 투과부(11)에 대한 위상차를 약 60°로 하는 것이 적정한 것이 안다.
따라서, 상기 위상차를 적정히 설정한 본 발명의 포토마스크(1)로서는, 미세한 노광패턴이라도, 예컨대 도1(c),(d)에 도시한 바와 같은, 불필요한 요철이 없는 정확한 레지스트 단차(52)를 갖는 레지스트(5)를 얻을 수 있다. 그 결과, 도3(c)∼(e)에 도시한 각 공정을 반복하는 것에 의해, 층간절연막(6)에 대단히 정밀한 단차형상(62)을 형성하는 것이 가능하게 된다.
상기 포토마스크(1)를 사용한 노광·현상에 의해 형성되었다, 도2에 도시한 바와 같은 층간절연막(6)상에, CVD(Chemical Vapor Deposition)으로 동(Cu)층 등을 형성한 후, 다시 CMP(Chmical Mechanical Polishing)을 1회 실시하여, 하층배선층(7)과의 접합부 및 상층의 매립 배선의 형성을 동시에 행하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에서는, 포토마스크를 사용하여 레지스트에 레지스트 단차를 형성할 때, 반투과부의 투과율은, 원래의 층두께의 거의 1/2로 되는 광강도로 되어 있으나, 본 발명에 관한 포토마스크 및 노광방법은 이러한 노광에 한정되지 않는다. 본 발명의 포토마스크 및 노광방법은, 예를들면, 광강도가 다른 노광을 한번에 하는 경우에 적합하게 사용되는 것이다.
본 발명의 포토마스크는, 소정패턴을 노광하기 위해 사용되고, 노광광을 투과하는 투과부와, 노광광을 실질적으로 차단하는 차광부와, 투과율이 상기 투과부의 투과율보다도 낮게 되도록 설정된 반투과부를 구비하고 있는 포토마스크에 있어서, 상기 반투과부는, 상기 반투과부를 투과하는 노광광과 투과부를 투과하는 노광광과의 사이에 발생하는 간섭을 억제하도록, 투과부에 대한 위상차를 설정하고 있는 구성이라도 좋다.
상기 구성에 의하면, 상기 반투과부에서는, 투과부에 대한 투과율뿐만아니라, 위상차도 고려하고 있기 때문에, 투과부를 투과하는 노광광과 반투과부를 투과하는 빛과의 간섭이 억제된다. 그 결과, 반투과부에서는, 상기 간섭에 의해 투과율이 대폭 변화하는 개소가 발생하지 않게 되어, 거의 전역에서 거의 적정한 광강도를 실현할 수 있다.
따라서, 상기 포토마스크를 사용하여 레지스트를 노광·현상하면, 레지스트가 남거나 레지스트의 감소가 거의 발생하지 않기 때문에, 소망의 레지스트패턴을 확실히 형성할 수 있다. 따라서, 예를들면 레지스트상에, 층두께가 원래의 거의 1/2로 되는 영역을 갖는 레지스트 단차를 확실하고 또한 효율적으로 형성하는 것이 가능해진다.
상기 레지스트 단차가 확실히 형성되는 것에 의해, 에칭처리나 애싱처리를 베풀면, 반도체소자상의 층간절연막에 소망의 단차형상을 확실하고 또한 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 반도체소자의 제조에 있어서, 층간절연막에 대해, 보다 미세한 구조의 스루홀이나 배선홈을 보다 효율적으로 형성할 수 있다.
본 발명의 포토마스크는, 상기 투과부 및 반투과부의 투과율이 다른 것에 의해 생긴다, 투과부를 투과한 노광광의 시프트에 따라, 상기 투과부의 형상을 변화시키는 구성도 좋다.
상기한 바와 같이 투과부 및 반투과부의 투과율이 다르면 , 상기 투과부를 투과한 노광광은, 반투과부를 투과한 노광광에 비교하여, 조사면적이 확대하도록 시프트하는 경우가 있다. 따라서, 상기 구성에서는, 상기 시프트에 따라 투과부의 형상을 변화시키고 있다. 이 때문에, 노광에 있어서 발생하는 상기 시프트를 해소하여, 소망의 레지스트패턴을 보다 확실히 형성할 수 있다.
본 발명의 포토마스크는, 상기 반투과부는, 실리사이드의 산질화물로 이루어지는 반투명막을 구비하고 있는 구성이라도 좋다.
상기 구성에 의하면, 반투과부에, 실리사이드의 산질화물로 이루어지는 반투명막을 사용하고 있기 때문에, 산소 또는 질소의 함유율을 변화시키는 것에 의해, 반투명막의 투과율이나 위상차를 변화시킬 수 있다. 따라서, 반투과부에서의 투과율이나 위상차를 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 포토마스크는, 상기 반투과부의 투과율이, 투과부의 투과율에 대해 10∼30%의 범위내에 있는 경우, 상기 반투과부의 위상차는, 상기 투과부에 대해 50∼70°의 범위내에 있는 구성이라도 좋다.
상기 구성에 의하면, 반투과부로서 실리사이드의 산질화물을 사용한 경우에, 반투과부의 투과율과 위상차가 상기 범위내에 있으면, 반투과부에 발생하는 노광광의 간섭을 보다 효과적으로 억제하여, 소망의 레지스트패턴을 보다 확실히 형성할 수 있다.
본 발명의 포토마스크의 제조방법은, 투명기판상에, 상기 투명기판보다도 낮은 빛의 투과율을 갖는 반투명막을 형성하고, 다시 그 위에 빛을 차단하는 차광막을 형성하는 2층구조막 형성공정과, 상기 차광막상에 다시 레지스트를 층상으로 형성한 후, 전자빔으로 노광하는 노광공정과, 상기 노광공정에 의해 레지스트가 제거된 영역에서 반투명막 및 차광막을 제거하는 2층구조막 제거공정과, 상기 노광공정에 의해 레지스트상에 형성된, 원래의 레지스트보다도 얇은 층두께로 되어있는 박층영역에서, 레지스트를 제거하는 레지스트제거공정과, 레지스트가 제거된 상기 박층영역에서 차광막을 제거하는 차광막 제거공정을 포함하는 것이라도 좋다.
상기 방법에 의하면, 투명기판상에 반투명막 및 차광막으로 이루어지는 2층구조막을 형성하기 때문에, 상술한 포토마스크를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 반투명막 및 차광막의 패터닝을 레지스트에 의해 행하기 때문에, 포토마스크에 대해 소망 노광패턴을 효율적이고 또한 확실히 형성할 수 있다.
본 발명의 노광방법은, 상기 포토마스크를 사용하여, 층상으로 형성된 레지스트를 노광하는 것에 의해, 상기 레지스트에 층두께가 다른 단차를 형성하는 것이라도 좋다.
상기 방법에 의하면, 예를들면, 단차를 갖는 레지스트패턴을 1회의 노광만으로 확실히 형성할 수 있다. 따라서, 노광공정의 간소화를 꾀함과 동시에, 이러한 노광을 필요로 하는, 예를들면 반도체소자의 제조공정을 간소화할 수 있다.
발명의 상세한 설명에 있어서의 실시형태 또는 실시예는, 어디까지나 본 발명의 기술내용을 밝히는 것으로 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허청구범위내에서, 여러가지로 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (14)

  1. 빛을 투과시켜, 레지스트에 조사시키는 고투과부; 및
    상기 고투과부보다도 낮은 투과율을 갖는 저투과부를 포함하고,
    상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과부를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과부가 구성되어 있는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과부를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과부의 굴절율 및 막두께가 설정되어 있는 포토마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고투과부 및 저투과부의 투과율차에 기인하는 고투과부를 투과한 빛의 시프트에 따라 조정된 형상을 상기 고투과부가 갖고 있는 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저투과부는, 실리사이드의 산질화물로 이루어지는 반투명막을 갖는 포토마스크.
  5. 제4항에 있어서, 상기 저투과부의 투과율이, 고투과부의 투과율에 대해 10%∼30%의 범위내에 있는 경우, 고투과부를 투과한 빛과 저투과부를 투과한 빛의 위상차는, 50°∼70°의 범위내에 있는 포토마스크.
  6. 소정패턴을 노광하기 위해 사용되고, 노광광을 투과하는 투과부와, 노광광을 실질적으로 차단하는 차광부와, 투과율이 상기 투과부의 투과율보다도 낮게 되도록 설정된 반투과부를 구비하고 있는 포토마스크로서,
    상기 반투과부는, 이 반투과부를 투과하는 노광광과 투과부를 투과하는 노광광 사이에 발생하는 간섭을 억제하도록, 투과부에 대한 위상차를 설정하고 있는 포토마스크.
  7. 제6항에 있어서, 상기 투과부 및 반투과부의 투과율이 다른 것에 의해 발생하는, 투과부를 투과한 노광광의 시프트에 따라, 상기 투과부의 형상을 변화시키는 포토마스크.
  8. 제6항에 있어서, 상기 반투과부는, 실리사이드의 산질화물로 이루어지는 반투명막을 구비하고 있는 포토마스크.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반투과부의 투과율이, 투과부의 투과율에 대해 10%∼30%의 범위내에 있는 경우, 상기 반투과부의 위상차는, 상기 투과부에 대해 50°∼70°의 범위내에 있는 포토마스크.
  10. 고투과성 기판상에, 상기 고투과성 기판보다도 낮은 투과율을 갖는 저투과성막을 형성하는 공정 a; 및
    상기 저투과성막의 일부를 제거하고, 상기 고투과성 기판을 노출시키는 것에따라, 고투과부를 형성하는 공정 b를 포함하고,
    상기 공정 a에서, 상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과성막을 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과성막을 형성하는 포토마스크의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저투과성막상에 차광막을 형성하는 공정 c;
    상기 차광막상에 레지스트를 형성하는 공정 d;
    전자빔으로 상기 레지스트를 노광하는 공정 e; 및
    상기 레지스트 및 상기 차광막의 일부를 제거하고, 상기 저투과성막을 노출시키는 공정 f;를 더 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  12. 투명기판상에, 상기 투명기판보다도 낮은 빛의 투과율을 갖는 반투명막을 형성하고, 그 위에 빛을 차단하는 차광막을 형성하는 2층구조막 형성공정;
    상기 차광막상에 레지스트를 층상으로 형성한 후, 전자빔으로 노광하는 노광공정;
    상기 노광공정에 의해 레지스트가 제거된 영역으로부터 반투명막 및 차광막을 제거하는 2층구조막 제거공정;
    상기 노광공정에 의해 레지스트상에 형성된, 원래의 레지스트보다도 얇은 층두께로 되어있는 박층영역으로부터, 레지스트를 제거하는 레지스트 제거공정; 및
    레지스트가 제거된 상기 박층영역으로부터 차광막을 제거하는 차광막 제거공정을 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  13. 빛을 투과시켜 레지스트에 조사시키는 고투과부와, 상기 고투과부보다도 낮은 투과율을 갖는 저투과부를 포함하고, 상기 고투과부를 투과한 빛과 상기 저투과부를 투과한 빛의 간섭이 억제되도록 한 위상차가 상기 광 사이에 발생하도록, 상기 저투과부가 구성되어 있는 포토마스크를 사용하여, 레지스트를 노광하는 노광방법.
  14. 소정패턴을 노광하기 위해 사용되고, 노광광을 투과하는 투과부와, 노광광을 실질적으로 차단하는 차광부와, 투과율이 상기 투과부의 투과율보다도 낮게 되도록 설정된 반투과부를 구비하고 있는 포토마스크로서, 상기 반투과부는, 이 반투과부를 투과하는 노광광과 투과부를 투과하는 노광광 사이에 발생하는 간섭을 억제하도록, 투과부에 대한 위상차를 설정하고 있는 포토마스크를 사용하여, 층상으로 형성된 레지스트를 노광하는 것에 의해, 상기 레지스트에 층두께가 다른 단차를 형성하는 노광방법.
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