KR20020023091A - 위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

첫번째로 하프톤 위상 시프트 마스크의 제조 공정수를 단축하여 제조에 관한 시간과 비용을 삭감하여, 수율을 향상하고, 두번째로 위상각 제어성 및 치수 제어성이 높은 하프톤 위상 시프트 마스크를 제공하는 데에 목적이 있다. 미세 패턴을 형성하는 하프톤막 상에 또한 미세 패턴 영역의 외측에 레지스트막으로 이루어지는 차광대를 형성한 하프톤 위상 시프트 마스크 구조로 한다.

Description

위상 시프트 마스크 및 그 제조 방법{PHASE SHIFT MASK AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 반도체 장치, 반도체 집적 회로 장치, 초전도 장치, 마이크로머신, 전자 디바이스 등의 미세 디바이스의 제조에 이용하는 포토마스크, 특히 미세 패턴 형성에 적합한 하프톤 위상 시프트 마스크, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로 장치의 제조에 있어서는, 미세 패턴을 반도체 웨이퍼상에 전사하는 방법으로서 리소그래피 기술이 이용된다. 리소그래피 기술에 있어서는 주로 투영노광 장치가 이용되고, 투영노광 장치에 장착한 포토마스크의 패턴을 반도체 웨이퍼 상에 전사하여 디바이스 패턴을 형성한다. 해상도가 높은 노광 장치의 노광 영역은 웨이퍼(21)의 크기보다 작기 때문에, 웨이퍼 상면도를 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 쇼트로 나눠 스텝 혹은 스캔 보냄을 행하여 복수의 칩(22)을 노광한다. 노광시, 칩을 추출하기 위한 스크라이브 영역(23)이 칩의 주위에 준비된다.

최근, 디바이스의 고집적화, 디바이스 동작 속도의 향상 요구에 따르기 위해 형성하여야 할 패턴의 미세화가 진행되고 있다. 이러한 배경하에서, 패턴 형성에 이용되는 노광 장치의 노광광의 단파장화가 도모되고 있다. 또한, 하프톤 위상 시프트법이라는 노광 방법이 사용되고 있다. 하프톤 위상 시프트 마스크는 노광광을 감광하고, 그 위상을 시프트시키는 반투명한 막 (하프톤막이라고 부름)을 투광성 기판 상에 형성한 마스크이다. 그 막의 노광광에 대한 투명율은 통상 1% 내지 25%의 범위내가 바람직하다고 되어 있다. 또한 이 막을 투과하는 노광광은 이 막이 없는 경우에 대하여 위상에 차가 생기도록 조정되어 있다. 가장 높은 해상 성능을 끌어 내는 위상차는 180도 및 그 홀수배이지만, 180도 전후 90도에 들어가 있으면 해상 향상 효과가 있다. 하프톤 마스크를 이용하면 일반적으로 해상도가 5%로부터20% 정도 향상하는 것이 알려져 있다.

칩 노광을 행할 때, 패턴 형성부에 인접한 쇼트의 외부 프레임 영역의 일부가 중첩되어 노광된다. 차광막이 Cr 등 충분한 차광성을 갖는 핫마스크에서는 외부 프레임 영역을 투과하는 광이 충분히 작기 때문에 문제가 되지 않지만, 하프톤 마스크에서는 외부 프레임 영역은 하프톤막이며 완전한 차광물이 되지 않는다. 이 때문에 감광되면서도 이 부분을 투과하는 광이 형성해야 할 패턴에 중첩되어, 중첩된 부분에서는 노광되는 레지스트의 막 두께 손실이 생기거나 해상도가 저하한다고 하는 문제가 생긴다. 그래서 종래는 Cr로 이루어지는 차광막을 외부 프레임 영역에 형성하여 이 문제에 대처하여 왔다. 이 Cr로 이루어지는 차광막을 Cr 차광대라고 부른다.

도 3에 그 Cr 차광대를 갖는 마스크의 구조를 나타낸다. 도 3의 (a)는 마스크의 평면도이고, 도 3의 (b)는 A-A'선에 따른 마스크의 단면도이다. 전사해야 할 원하는 패턴(31)은 하프톤막으로 이루어진 칩 필드 (패턴 형성 영역에서 반도체 장치 제조의 경우는 회로 형성 영역에 상당함)(32)에 배치되어 있다. 칩 필드(32)의 외측 필드에는 Cr 차광막(33)이 전면에 피착되어 있다. 36는 투광성 기판이다.

이 칩 필드(32) 내의 패턴이 노광에 의해서 웨이퍼에 전사되어, 도 2의 칩(22)이 형성된다. 이 때 Cr 막(33)이 피착되어 있지 않으면 칩 필드내의 외주부 부근의 영역(34)으로 중첩되어 노광이 발생한다. 이것은, 통상 노광 장치에 노광 영역의 크기를 변화시키는 구조로서 마스킹 블레이드가 배치되어 있지만, 그 위치 결정 정밀도가 50㎛ 정도로 낮고, 또한 마스킹 블레이드가 샤프한 차광 특성을 갖고 있지 않아, 주변에 노광 안개 효과가 생기기 때문이다. 이 다중 노광에 의해 칩 필드 내의 외주부 부근이 해상 불량이 된다. 한편, 도 3과 같이 Cr막(33)이 외주부 전면에 피착되어 있으면 샤프하게 차광되기 때문에 이러한 문제는 발생하지 않는다.

또, Cr 차광대에 대체하는 방법으로서, 노광 장치의 해상도보다 미세한 밀집 그레이팅 패턴이나 체커 패턴을 하프톤막으로 새겨, 회절 현상을 이용하여 그 부분의 노광광에 대한 투과율을 충분히 내린다고 하는 하프톤 차광대법이 제안되어 있다. 이 방법은 특개평6-175347호 공보에 기재되어 있다.

또, 하프톤 위상 시프트에 관한 기재로서는, 예를 들면 특개평5-l8l257호 공보등이 있다.

도 4에 본 발명자 등의 시작(試作) 실험에 의한 Cr 차광대를 이용한 하프톤 위상 시프트 마스크의 제작 공정을 나타낸다. 우선 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이 석영 유리(40)상에 하프톤막(41), Cr 막(42), 및 레지스트막(43)을 순차 피착하여, 원하는 패턴을 노광(44) 한다. 또, 이 Cr 막(42)은 스퍼터 기술에 의해서 형성하였다. 다음에, 현상을 행하여 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(43)을 형성한다. 다음에, 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 노출한 Cr 막(42) 및 하프톤막(41)을 순차 에칭하여, Cr 패턴(42'), 및 하프톤막 패턴(41')을 형성한다. 도 4의 (d)에 도시한 바와 같이 레지스트(43')를 제거한 후, 도 4의 (e)에 도시한 바와 같이 재차 레지스트(45)를 도포하여, 칩 필드를 노광 (46)한다. 현상을행하여 도 4의 (f)에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(45')을 형성하여, 레지스트로 마스크되어 있지 않은 장소의 Cr를 에칭에 의해서 제거하여 도 4의 (g)에 도시한 바와 같이 Cr 패턴(42")을 형성한다. 마지막으로, 레지스트(45')를 제거하여 도 4의 (h)에 도시한 바와 같은 하프톤 위상 시프트 마스크 (이것은 도 3의 (b)에 상당한다)를 형성한다.

상기한 시작 실험으로부터 본 발명자 등은 이하의 과제를 발견하였다. 즉, 종래의 Cr 차광대를 이용한 하프톤 위상 시프트 마스크는 하프톤막에 가하여 Cr 막이 피착된 구조이기 때문에, (1) 마스크의 제조 공정수가 많아, 비용면에서 과제가 있다. (2) 공정수가 많은 것에 부가하여, Cr막의 스퍼터 성막이나 에칭이라고 하는 이물 결함을 발생하기 쉬운 공정이 있기 때문에 마스크 제조 수율이 저하한다고 하는 과제가 있다. (3) 도 4의 (f)로부터 (g)의 공정에서 미세 패턴의 하프톤 위상 시프트막을 피복하고 있는 Cr 막을 제거할 때에 하프톤막이 일부 불균일하게 에칭되기 때문에 위상 제어성이 저하하고, 또 패턴 치수 정밀도가 저하한다고 하는 과제가 있다. (4) 하프톤 재료로서, 한편으로서는 Cr와 에칭 선택비가 떨어지는 재료를 선택하지 않으면 되지 않고, 다른쪽에서는 Cr와 하프톤막을 중첩하여 치수 정밀도 높게 에칭하지 않으면 안되어, 그 재료 선택의 폭이 좁아져 정밀도 향상에 한계가 있다고 하는 과제가 있다. 노광광의 에너지가 올라가 노광광 조사 내성이 문제가 되는 ArF 엑시머 레이저 (파장 157nm)용의 마스크로 이 하프톤막의 재료 선택 범위의 제한은 특히 큰 문제가 된다.

또한, 이와 같이 과제가 많은 Cr 차광대가 아니라 하프톤 차광대를 이용한하프톤 위상 시프트 마스크로서는 마스크의 제조 공정수는 적지만, 다수의 미세 패턴을 포함하기 때문에 마스크 묘화 시간이 대폭 증가하고, 또한 마스크의 결함 검사에 시간을 요한다고 하는 과제가 있다.

본 발명의 목적은, 개량된 미세 패턴 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 더욱 구체적인 목적은, 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용하여 스텝앤드리피트와 같이 미세 패턴의 외부 프레임부에 대하여 복수의 중첩 노광을 행하더라도 매우 정확하게 전사를 행할 수 있는 개량된 미세 패턴 마스크를 제공하는 것이다.

더욱, 본 발명의 다른 목적은 그와 같은 개량된 미세 패턴 마스크를 재현성좋고 염가로 제조하기 위한 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본원에 있어서 개시되는 발명중, 대표적이지만 개요를 간단히 설명하면 이하와 같다.

즉, 본 발명의 위상 시프트 마스크는 투광성 기판상에 설치되어 노광광을 감광하여 그 노광광의 위상을 시프트시키는 하프톤막으로 이루어지는 위상 시프트막 패턴과, 이 위상 시프트막 패턴이 형성된 칩 필드의 외측에 설치되고 투광성 기판의 상부 표면을 부분적으로 덮는 레지스트막을 갖고 있고, 이 칩 필드의 외측의 레지스트막이 충분한 차광대로서 기능하여, 마스크 패턴의 전사시에 다중 노광되는 부분의 웨이퍼상의 레지스트막 두께 손실이나 해상 불량을 유효하게 방지할 수 있고, 또한 Cr 막의 피착이나 가공의 문제가 없어지기 때문에, 상기한 과제가 해결되는 것이다.

또한, 그 레지스트막으로서 노광된 부분이 남는 네거티브형의 레지스트막을 이용한 위상 시프트 마스크로 하는 것에 따라, 더욱 그 마스크의 제조 공정이 간략화된다.

또한, 노광 장치의 스테이지 및 반송계에 접촉하는 장소에는 레지스트막이 존재하지 않기 때문에, 마스크를 구성하는 투광 기판의 주연부 표면에는 레지스트막을 형성하지 않고서, 칩 필드에 근접한 외주부에 부분적으로 설치하는 것에 따라, 노광 장치에의 실장시의 문제를 해결하고 있다.

또, 그 때문에 더욱 이물 보호용의 페리클이 페리클 프레임을 사용하여 마스크 기판에 접착되어 있고, 마스크 기판과 접착하는 그 페리클 프레임의 종단부 및 페리클의 외측에는 레지스트막이 존재하지 않도록 되어 있다.

또, 통상의 포토마스크의 제조 공정의 간략화 및 고정 밀도화를 목적으로서, 예를 들면 특개평5-289307호 공보에 있어서는, 마스크 패턴 자체를 레지스트막으로 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 마스크는 노광광 투과부와 충분한 차광체로 이루어진 바이너리 마스크이고, 외부 프레임의 중첩 노광의 문제가 원래없는 마스크로서, 본 발명과는 근본적으로 다른 것이다.

또한, 하프톤 위상 마스크에의 레지스트 차광체의 적용으로서는 특개평9-211837호 공보가 있지만, 이것은 칩 필드내에서의 서브피크 전사를 방지하여, 패턴 엣지부 근방에만 하프톤화된 림타입(rim type)의 하프톤 마스크를 형성하는 것이다. 본 발명은 이 방법과는 목적 및 효과가 다름과 동시에, 레지스트가 형성되어 있는 장소도 다르다. 또한 그 공보에서는 림부의 폭의 설정에 제한이 생긴다. 림부 이외의 장소도 하프톤화된 본 발명과는 다르다. 또한 그 공보로서는 그 제조 공정상의 제약으로부터 필연적으로 포지티브형 레지스트를 이용하여 하프톤막상의 차광물을 형성하고 있지만, 본 발명에서는 네거티브형 레지스트가 유리하다고 하는 점에서도 전혀 다른 것이다.

더욱 또, 이 특개평9-211837호 공보의 경우에는, 레지스트를 미세 패턴이 들어 간 회로 패턴의 부분에 형성되기 때문에, 마스크 상의 레지스트의 막 두께에 제한이 생긴다. 막 두께가 두꺼우면 레지스트가 벽이 되어, 전사 특성에 악영향이 생긴다. 구체적으로는 전사 패턴 치수 정밀도의 마스크 치부 충실도가 내려가, 한계 해상도가 내려간다. 이 현상은 특히 사입사 조명이나, NA가 높은 렌즈를 이용하였을 때에 현저히 나타난다.

그것에 대하여, 상술한 바와 같이 본 발명으로서는 레지스트 패턴을 미세 패턴부에 형성하는 것은 아니고, 쇼트 주변의 비 패턴부 즉, 칩 필드의 외측에 형성하는 것이기 때문에 이러한 레지스트 막 두께의 제한은 없다.

또한, 본 발명으로서는 레지스트의 막 두께를 하프톤막의 막 두께보다 두텁게 함으로써, 레지스트 차광대의 흡광도 (감쇠 계수)를 적절히 억제하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 함으로써 반도체 집적 회로 장치 등의 회로 패턴과 같이 매우 미세한 패턴의 부분에 레지스트가 약간 남았다고 해도 그 나머지가 노광광량에 변화를 제공하지 않기 때문에 해상 불량이 발생하지 않다. 또한, 가령,비록 해상에 영향을 주는 레벨까지 레지스트의 잔류가 발생한다고 해도, 후술하는 바와 같이 통상의 결함 검사에 의해서도 간단하고 검사 속도가 빠른 형광 검사에서 용이하게잔류 결함을 검출하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 마스크가 구조를 나타내는 구조도로서, (a)는 평면도, (b)는 단면도.

도 2는 웨이퍼에의 칩 노광의 개요를 도시하는 웨이퍼의 평면도.

도 3은 종래 마스크의 구조를 나타내는 구조도로서, (a)는 평면도, (b)는 단면도.

도 4는 본 발명자 등의 시작 실험에 의한 Cr 차광대를 이용한 하프톤 위상 시프트 마스크의 제작 방법을 나타내는 공정별 단면도.

도 5는 본 발명의 마스크의 제작 방법을 나타내는 공정별 단면도.

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관계되는 마스크의 구조를 나타내는 구조도로서, (a)는 그 평면도이고, (b)는 그 마스크를 노광 장치에 장착했을 때의 모습을 도시하는 단면도.

도 7은 본 발명으로 이용한 노광 장치의 개요를 도시한 장치 개념도.

도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관계되는 마스크가 구조를 나타내는 구조도로서, (a)는 그 평면도, (b)는 그 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

1 : 하프톤막

1a : 메탈층 형성 영역

1b : 메탈층 형성밖 영역

2 : 칩 필드

3 : 패턴

6 : 레지스트막

7 : 레티클 얼라이먼트 마크

8 : 투광성 기판 (석영 유리)

21 : 웨이퍼

22 : 칩

23 : 스크라이브 영역

31 : 패턴

32 : 칩 필드

33 : Cr막

35 : 레티클 얼라이먼트 마크

36 : 투광성 기판

40 : 석영 유리

41 : 하프톤막

42 : Cr막

43 : 레지스트막

44 : 패턴 노광

45 : 레지스트막

46 : 노광

51 : 하프톤막

52 : 레지스트막

53 : 패턴 노광

54 : 레지스트 패턴

55 : 네거티브형 레지스트

56 : 패턴 노광

61 : 페리클 접착 프레임

62 : 페리클

63 : 노광 장치 장착부

64 : 노광 장치 스테이지 접촉부

102 : 메탈층

108 : 마스크 얼라이먼트 마크

110 : 전자선 묘화 정합 마크

(실시 형태 1)

우선, 본 발명의 제1의 실시 형태인 하프톤 위상 시프트 마스크가 바람직한 구조를 나타낸 도 1을 이용하여 전체의 구성을 설명한다. 도 l의 (a)는 본 발명의 하프톤 위상 시프트 마스크를 상면에서 본 평면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 있어서의 A-A'선에서의 마스크의 단면을 도시한 것이다.

1은 하프톤막, 2은 전사되야 되는 집적 회로 패턴이 배치되는 영역인 칩 블레이드, 3은 전사해야 할 패턴, 6은 레지스트막으로 이루어지는 차광대, 7는 레티클 얼라이먼트 마크, 8는 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판이다. 투광성 기판은 노광광에 대한 투과성을 갖는 기판이면 좋다.

레지스트막으로 이루어지는 차광대(6)의 형상은 칩 필드(2)를 완전히 둘러싸도록 네모난 띠상 (즉, ロ의 글자형)에 설치된 쪽이 웨이퍼의 주변부의 칩에 대한 차광 특성을 확보하기 위해서도 바람직하지만, 이것에 한하는 것이 아니고, 스텝앤드리피트 시의 마스크의 중첩을을 고려함으로써, L 자형 또는 C 자형 등으로 해도 좋다.

또한, 레지스트막(6)이 노광 장치의 스테이지나 반송계에 접촉하면 박리되어 이물 결함의 기초가 되기 때문에, 이들과 접촉하는 부분에는 레지스트막을 남기지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 레지스트막(6)은 칩 필드(2)의 외측에 위치하는 투광성 기판(8)이나 하프톤막의 상부의 전면이 아니고 내측의 일부에 형성되어 있고, 복수의 레티클 얼라이먼트 마크(7)가 이들의 남은 상부에 형성되어 있다. 또 이 예에서의 칩 필드(2) 중에는 마스크 사이의 위치 정렬을 행하기 위한 웨이퍼 마크도 배치되어 있다.

또, 도 1에서는 마스크 제조시의 공정을 의식하여 패턴 형성면이 위에 되어 있지만, 노광 장치에 마스크를 삽입할 때에는 방향이 상하 반전하여, 패턴면이 아래가 된다. 레지스트막(6)이 충분한 차광막으로서 기능하여, 전사시간 다중 노광되는 부분의 웨이퍼상의 레지스트막 두께 손실이나 해상 불량을 방지할 수가 있다. Cr 막 피착이나 가공의 문제가 없어지기 때문에, 상기한 여러가지의 과제는 해결된다.

다음에, 이 마스크의 제조 공정을 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크의 제조 방법을 설명하기 위한 제조 공정마다의 단면도이다.

우선, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 석영 유리로 이루어지는 투광성 기판(8)상에 하프톤막(51)을, 또한 그 위에 레지스트막(52)을 형성하여, 원하는 패턴을 노광 (53)하였다.

여기서는 하프톤막(51)으로서 CrOxFy 막을 이용하였지만, 이것은 일례에 지나가지 않고 이 외에 예를 들면 ZrSixOy막, SiON막, SiN막, CrFx막, MoSix 등도 이용할 수 있다. 또한, 하프톤막(51)은 위상 시프트 효과를 꺼내는 데에 있어서 단일층뿐만 아니라 복수의 층에서 형성되어 있더라도 좋다. 하프톤 위상 시프트 효과를 내기 위해서 하프톤막(51)의 막 두께 d는, 노광광의 파장을 λ, 하프톤막(51)의 노광 파장에 대한 굴절율을 n으로 하였을 때에 λ/{2(n-1)}이 되도록 설정하였다. 이 조건이 가장 전사 패턴의 해상도 및 노광 여유도를 끌어 낼 수 있는 조건이지만, 이 조건에 한정되는 것이 아니다. 노광광에 대한 투과율은 6%에 설정하였다. 단지, 이것도 일 실시 조건에 지나가지 않고, 이 조건에 한정되는 것이 아니다.

다음에, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 현상을 행하여 레지스트 패턴(54)을 형성하여, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이이 레지스트 패턴(54)을 마스크로 하프톤막(51)의 선택적 에칭을 행하였다.

다음에, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이 레지스트(54)를 박리 제거하여 원하는 패턴(3)이 형성된 하프톤막(51')을 형성하였다.

그 후, 도 5의 (e)에 도시한 바와 같이 투광성 기판(8)의 상부에 네거티브형 레지스트막(55)을 도포하여 칩 필드밖의 영역을 노광 (56)하였다. 다만, 이 노광의 때 노광 장치의 스테이지나 반송계에 접촉하는 레지스트막의 부분은 노광을 행하지 않았다. 기본적으로는 칩 필드의 외주부 경계에서 노광 장치의 마스킹블레이드로 충분히 커버되는 폭을 갖은 레지스트대(6)가 형성되도록 하는 노광을 행하면 충분하다. 이 노광에는 전자선을 이용하였지만, 레이저광 등의 광을 이용하여도 좋다.

여기서는 레지스트막(55, 6)의 두께는 3㎛로 하였지만, 이것은 일례에 지나지 않는다. 레지스트막(55)의 도포 얼룩짐을 저감하기 위해서, 레지스트막(55)의 막 두께는 하프톤막(51)의 막 두께보다 두텁게 하는 것이 유효이었다. 또한 막 두께의 상한으로서는, 하프톤막(51)을 포함해서 노광광에 대한 투과율이 0.3% 이하가 되는 막 두께가 바람직하다. 동일 장소에 다중 노광되는 횟수가 4회까지이면 하프톤막을 포함해서 노광광에 대한 투과율이 1% 이하가 되는 막 두께가 바람직하다.

또한, 레지스트막(55, 6)의 노광광에 대한 광 흡수로서는 감쇠 계수로 표현하여 O.1 이하이라면 효과적이었다. 광 흡수가 매우 크면 마스크상에 간신히 남은 레지스트가 차광물이 되어 이물 결함이 되기 때문이다. 남는 정도의 잔류로는 전사 결함에 결부되지 않고, 또한 전사 결함에 결부되는 정도의 막 두께로는 용이하게 이물 검사할 수 있는 레벨을 여러가지 조사한 결과, 감쇠 계수 O.1 이하로 한 쪽이 좋다고 하는 결론을 얻었다.

그 후, 도 5의 (f)에 도시한 바와 같이 현상을 행하여 레지스트 패턴(6)을 하프톤막(51')상에 형성하였다. 하프톤막(51') 위의 차광체로서 네거티브 레지스트를 이용하였기 때문에 특별한 처리를 실시할 필요 없이 패턴 노광 영역 밖의 레지스트(55)를 제거할 수 있었다. 패턴 노광 영역의 밖에 레지스트가 남아 있으면 마스크를 노광 장치에 장착할 때에 레지스트가 박리하여 이물이 되어, 전사 결함이 발생한다. 또한 네거티브형 레지스트를 이용하면 묘화 면적이 작고 처리량도 우수하다고 하는 효과가 있다. 여기서, 네거티브형 레지스트란, 현상후, 광이 조사된 부분의 레지스트가 남는 타입의 레지스트의 것을 말한다.

그 후, 열처리를 행하여 레지스트 패턴(6)의 차광율을 높이고, 또한 노광광 조사 내성을 높이었다. 가교(架橋) 반응을 일으키는 네거티브형 레지스트를 이용하였기 때문에 고온의 열 처리에서도 형상 변형하지 않는다고 하는 효과가 있었다.여기서는 220℃의 열 처리를 행하였지만, 더욱) 온도를 올려 260℃의 열 처리로 할 수도 있다. 이러한 고온의 열처리를 행하여도 차광대로서 필요한 형상은 유지되고, 열 손실되는 일은 없었다. 또한, 원자외광을 조사하면서 고온의 열 처리를 가하면 더욱 조사나 열내성을 향상시키는 것이 가능해진다. 열 처리나 원자외선 조사 처리를 행하면 마스크 노광을 행하였을

때에 이 레지스트로부터 나오는 가스나 유기물의 방출이 감소하여, 노광 장치의 렌즈나 마스크에 접합된 페리클에 어두운 부분이 생긴다고 하는 문제가 없어진다고 하는 효과가 있다.

또, 본 실시 형태로 이용되는 마스크에 있어서, 서브피크 전사를 방지할 목적으로, 칩 필드내의 하프톤막 상에도 부분적으로 레지스트 패턴을 형성하여 놓더라도 좋다 (간략화를 위해 도시 생략).

이상의 본 발명에 의해, 마스크 제조 공정수는 도 4의 8 공정에서 6 공정으로 감소하여, 제조 시간은 약 2/3이 되고, 이물 결함도 감소하였기 때문에 마스크 제조 수율이 향상하였다. 또한 위상 제어성이 4%로부터 3%에 향상하여, 치수 정밀도도 5% 향상하였다.

다음에, 본 실시 형태에서의 위상 시프트 마스크를 이용하여 반도체 웨이퍼의 주 표면에 그 마스크 패턴을 전사하기 위한 축소 투영 노광 장치의 일례를 도 7에 도시한다. 축소 촬영 노광 장치의 광원(1501)으로부터 발하는 노광광은 플라이아이렌즈(1502), 조명 형상 조정 개구(1503), 컨덴서 렌즈(1504, 1505) 및 미러(1506)를 통해 마스크(1507)를 조사한다. 마스크(1507)의 위에는 마스킹블레이드(1522)가 놓이고 있어 노광 영역의 크기에 따라서 그 개구의 크기를 조정할 수 있도록 하고 있다. 이 마스크(1507)는, 차광 패턴이 형성된 주면 (제1 주면)을 하측 (반도체 웨이퍼(1509)측)에 향한 상태에서 장착되어 있다. 따라서, 상기 노광광은 마스크(1507)의 이면 (제2 주면) 측에서 조사된다. 이것에 의해, 마스크(1507) 상에 그려진 마스크 패턴은, 투영 렌즈(1508)를 통해 시료 기판인 반도체 웨이퍼(1509) 상에 투영된다. 마스크(1507)의 제1 주면에는, 이물부착에 의한 패턴 전사 불량을 방지하기 위해서 페리클(1510)이 필요에 따라서 설치되어 있다. 또, 마스크(1507)는 마스크 위치 제어 수단(1511)으로 제어된 마스크 스테이지(1512) 상에 진공 흡착되고, 위치 검출 수단(1513)에 의해 위치 정렬되어, 그 중심과 투영 렌즈의 광축의 위치 정렬이 정확하게 이루어져 있다. 반도체 웨이퍼(1509)는 시료대(1514) 상에 진공 흡착되어 있다. 시료대(1514)는 투영 렌즈(1508)의 광축 방향, 즉 Z 축 방향으로 이동 가능한 Z 스테이지(1515) 상에 장착되고, 또한 XY 스테이지(1516) 상에 탑재되어 있다. z 스테이지(1515) 및 XY 스테이지(1516)는, 주 제어계(1517)로부터의 제어 명령에 따라서 각각의 구동 수단(1518, 1519)에 의해서 구동되기 때문에, 원하는 노광 위치로 이동 가능하다. 그 위치는 Z 스테이지(1515)에 고정된 미러(1520)의 위치로서, 레이저 길이 측정기(1521)로 정확하게 모니터되고 있다. 위치 검출 수단(1513)에는 예를 들면 할로겐 램프가 이용되고 있다.

노광 장치의 스테이지나 반송계통에 접촉하는 부분에는 레지스트막이 남지 않도록 마스크상의 레지스트를 노광하여 제거하고 놓아 반송에 의해서 생기는 이물의 발생을 방지하였다. 이 처리가 없는 경우에는 이물이 발생하여, 전사 결함을 야기하였다.

본 발명의 마스크를 본 노광 장치에 장착하여, 파장 193nm의 ArF 엑시머로 스텝앤드스캔 노광을 행하여 웨이퍼 상에 그 마스크 패턴을 전사하였다. 그 결과, 전사 결함은 발생하지 않고, 치수 정밀도는 종래법에 비해 약 2% 향상하였다.

또, 여기서는 ArF 엑시머 레이저를 이용하였지만, KrF 엑시머 레이저 (파장 248nm)을 이용하여도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있었다. 파장이 200nm 보다도 길면 레지스트막의 흡광도는 저하하여, 차광율이 내려 가지만, (1) 원래 투과율이 높지 않은 하프톤막 상에 형성되어 있는 것 (2) 레지스트 열 처리에 의해 흡광도를 높인 것 (3) 치수적으로 높은 정밀도를 구할 필요가 없는 레지스트 차광대이기 때문에 필요에 따라서 막 두께를 두텁게 할 수 있는 것에 의해 전혀 문제 없이 원자외선 노광에 대하여도 상기와 마찬가지의 효과가 있었다. 또한, 레지스트 패턴(6)의 막 두께를 10㎛로 하면 자외선 노광에 대하여도 상기 효과가 있었다.

또한, 레지스트 차광대(6)는 하프톤막(1)상에 형성되어, 노광광은 하프톤막(1)을 통해 레지스트 차광대(6)에 도달한다. 따라서 레지스트막(6)은 하프톤막(1)에서 감광하여 노광되기 때문에 레지스트 차광대(6)의 내광성은 문제가 없었다.

또, 본 실시 형태 1에서는 노볼락(novolac) 수지를 베이스폴리머로 한 네거티브형 레지스트를 이용하였지만, 이것에 한하지 않고 페놀 수지를 베이스폴리머로 한 레지스트도 이용할 수 있다. 또한, 카본을 포함한 블랙매트릭스도 이용할 수있다. 이 블랙매트릭스는 강한 내광성을 갖는다고 하는 특징이 있다.

(실시 형태 2)

본 실시 형태 2에 있어서는, 마스크의 패턴 형성면 (제1 주면)에 이물이 부착하지 않도록 작용하는 투명박막 페리클을 마스크의 주면상에 배치한 예를 설명한다. 이것 이외는, 상기 실시 형태 1과 동일하다.

본 실시 형태 2의 마스크의 구체예를 도 6에 도시한다. 또, 도 6의 (a)는 마스크의 평면도, 도 6의 (b)는 마스크를 소정의 장치에 장착했을 때의 모습을 도시한 A-A'선에서의 마스크의 단면도를 보이고 있다.

본 실시 형태 2에 있어서는, 마스크의 주면 (제1 주면) 측에, 페리클(62)이 페리클 접착 프레임(61)을 통해 접합되고 고정되어 있다. 페리클(62)은 마스크가 페리클에 덮여져 있는 영역인 페리클 커버 영역에 배치되어 있다. 즉, 페리클(62)은 마스크의 칩 필드(2)의 전체 및 차광대 레지스트막(6)을 포함하도록 하여 집적 회로 패턴 영역 이외의 페리클 커버 영역상의 하프톤막(1)에 중첩되도록 배치되어 있다.

본 실시 형태 2에 있어서는, 페리클 접착 프레임(61)의 기초부가, 마스크의 주변 내부 영역에서의 하프톤막(1)에 직접 접촉한 상태에서 접합 고정되어 있다. 여기서, 주변 내부 영역과 페리클에 덮여 있지 않은 외부 영역중, 광학적 패턴이 형성되어 있는 내측의 영역을 말한다. 이것에 의해, 페리클 접착 프레임(61)의 박리를 방지할 수 있다. 또한, 페리클 접착 프레임(61)의 부착 위치에 레지스트막(6)이 형성되어 있으면, 페리클(61)의 부착 제거 때에, 그 부분의 레지스트막이 박리하여 이물 발생의 원인이 된다. 본 실시 형태 2에서는, 페리클 접착 프레임(61)을 하프톤막(1)에 직접 접촉시킨 상태에서 접합하기 때문에, 그와 같은 이물 발생을 방지할 수 있다. 이러한 효과는, 페리클 접착 프레임(61)을 마스크 기판(8)에 직접 접촉시킨 상태에서 접합 고정하더라도 얻어진다. 또한, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 마스크와 노광 장치의 장착부(63)가 접촉하는 표면 부분(64)에는 레지스트막(6)이 형성되지 않도록 하였다. 이에 따라 레지스트막(6)의 박리나 깎임 등에 의한 이물의 발생을 방지할 수 있다.

이러한 실시 형태 2에 따르면, 상기 실시 형태 1로 얻어진 효과 외에 이하의 효과를 얻는 것이 가능해진다.

(1) 마스크에 페리클을 설치함으로써, 마스크에 이물이 부착하는 것을 방지하여, 그 이물 부착에 기인하는 전사 패턴의 열화를 억제 또는 방지할 수 있다.

(2) 페리클 접착 프레임을 차광 패턴 또는 마스크 기판에 직접 접촉시킨 상태에서 접합한 것에 의해, 페리클의 부착 제거시, 차광 패턴 형성용의 레지스트막이 박리되거나 깎겨지기도 하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 그 레지스트막의 박리나 깎임 등에 기인하는 이물의 발생을 방지할 수 있다.

(실시 형태 3)

실시 형태 3에서는 형성된 마스크 표면상에서의 레지스트 잔류 결함을 간편하게 검사하는 방법을 설명한다.

실시 형태 1 및 2에서 이용한 포토마스크를 이용하여, 집적 회로 패턴이 배치되어 있는 칩 블레이드에 Ar 레이저광을 조사한다. 그리고, 레지스트의 주 구성요소인 벤젠환으로부터 발생하는 형광을 관찰하였다. 포토멀티플라이어(photomultiplier)의 감도를 그 형광의 파장에 정합하면, 칩 필드내에는 본래 레지스트는 존재하지 않을 것이기 때문에, 매우 높은 감도로 레지스트 잔류를 검출할 수가 있다. 실제, 페리클 너머라도 막 두께 15nm의 레지스트 잔류도 관찰할 수가 있었다.

이 막 두께로는 노광광을 거의 투과하기 때문에, 전사 결함으로는 되지 않는다. 칩 필드내를 Ar 레이저광의 일괄 조사로 결함 검사하는 것도 가능하고, 매우 단시간에, 더구나 충분한 검출 감도로 레지스트 잔류 결함 검사를 행할 수 있었다. 통상의 결함 검사 장치를 이용하면 약 2시간 걸린 것이, 약 10분으로 검사하는 것이 가능해졌다. 이에 따라 검사 결과에 기초하는 포토마스크의 수정도 가능해져 제조 수율을 높게 할 수가 있다.

즉, 이 실시 형태 3에 따르면, 레이저광을 발생하는 기구와, 레지스트막이 피착된 포토마스크를 검사대에 장착하는 기구와, 이 장착된 포토마스크에 레이저광을 조사하는 기구와, 이 조사된 레이저광에 의해 잔존하는 포토마스크재로부터 발생하는 형광을 검출하는 기구를 갖는 포토마스크의 검사 장치를 이용하여 매우 간단히 포토마스크의 검사를 행할 수 있기 때문에, 매우 미세한 마스크 패턴의 마스크를 염가로 대량으로 제조하는 실용적인 방법을 제공할 수가 있다.

(실시 형태 4)

실시 형태 4에서는, 미리 메탈로 이루어지는 외부 프레임이 노광광에 대하여 투광성을 갖는 유리 기판상에 형성된 마스크 기판을 이용한다. 여기서, 마스크 차광 재료에 관하여 「메탈」이라고 할 때는, 크롬, 산화 크롬, 그 밖의 금속의 동일한 화합물을 가리키고, 넓게는 금속 원소를 포함하는 단체, 화합물, 복합체 등으로 차광 작용이 있는 것을 포함한다. 실리콘이나 질소 함유의 메탈도 포함한다. 마스크 얼라이먼트 마크 검출광이 550nm 보다 파장이 짧은 광인 경우에는 폴리실리콘도 포함한다.

일부의 노광 장치로서는 마스크 얼라이먼트 마크 검출시, 할로겐광, 적색 다이오드광, 혹은 HeNe 레이저광을 이용하고 있다. 이러한 파장이 긴 광에 대해서는 파장이 짧은 노광광으로 조정된 하프톤막은 충분한 차광성을 갖지 않고, 마스크 얼라인먼트 마크를 검출할 수 없다고 하는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서 마스크 얼라이먼트용의 메탈의 외부 프레임을 형성하여 놓는다.

도 8에 이를 위한 마스크구조를 나타낸다. 도 8의 (a)는 이러한 본 발명의 마스크를 상면에서 본 평면도이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에서의 A-A'선을 연결하는 선상의 마스크 단면을 도시한 것이다. 도 8중, 102이 이를 위한 메탈층이고, 108이 마스크 얼라이먼트 마크, 110이 전자선 묘화 정합용 마크이다. 1a는 메탈층 형성 영역, 1b는 메탈층을 형성하지 않은 영역을 도시한다. 메탈층 형성 영역(1a) 중에는 마스크 얼라이먼트 마크(108)와 전자선 묘화 정합 마크(110)가 배치되어 있다. 메탈층 외의 1b 영역 중에는 칩 필드(2)가 배치되어 있다. 레지스트 차광대(6)는 메탈층 형성 외 영역(1b) 내에 만들어지지만, 메탈층 형성 영역(1a)에 레지스트 패턴의 일부가 이와 같이 만들어져 있어도 좋다.

본 실시 형태의 마스크의 제조 공정은 다음과 같는다. 우선, 유리 기판(8)상에 메탈층으로 이루어지는 외부 프레임(102)을 형성한다. 이밖에 프레임(102)에는 마스크 얼라이먼트용의 마크(108)와 전자선 묘화시의 얼라이먼트 마크(110)를 형성하여 놓는다. 그 후, 전사용의 원하는 패턴을 갖는 하프톤막(1)을 실시 형태 1과 마찬가지의 공정으로 형성한다. 이 때, 얼라이먼트 마크(110)의 위치를 참조하면서 전자선 묘화를 행하여 패턴을 형성한다. 축차 위치를 모니터하여, 위치 어긋남을 방지하면서 묘화하기 때문에 위치 정밀도가 높은 패턴 형성이 가능해진다. 또한 마스크 얼라이먼트 마크(110)상의 하프톤막은 제거하여 놓는다. 이 때, 메탈층 패턴과의 위치 어긋남을 고려하여 마스크 얼라이먼트 마크상의 개구는 메탈층에 형성된 마크보다 크게 하여 놓는다. 그 후, 실시 형태 1과 마찬가지의 공정에서 레지스트 패턴(6)을 하프톤막(1, 5) 상에 형성한다.

이 방법에 따르면, 장파 길이의 광에 대하여도 충분한 차광성을 갖는 메탈층(102)으로 마스크 얼라이먼트 마크(110)가 형성되기 때문에, 상기 장파 길이의 광에 의한 마스크 얼라이먼트도 문제가 없어진다. 또한, 본 방법에 의해 하프톤막의 가공 정밀도나 위상 제어성은 종래법보다 좋게 되었다. 본 방법에서는 메탈층의 피착과 가공이 필요하게 되어, 예를 들면 실시 형태 1에 비교하면 마스크 제작의 비용이 비싸게 되지만, 하프톤막까지 재생하여 반복 사용하도록 하면 마스크 세트의 토탈 비용을 내리게 할 수 있다.

즉, 칩 필드가 넓은 외부 프레임을 형성하여, 개개의 제품의 칩 필드의 크기에 정합한 조정은 레지스트 차광대(6)의 크기로 조정하도록 하여 외부 프레임을 범용에 재이용한다. 본재 이용법은 자원 절약화, 자원재 이용화의 효과도 있다.

또한, 이상의 여러가지의 설명으로부터도 이해되는 바와 같이, 본 발명은 매우 미세한 패턴을 전사할 때의 마스크에 적용할 수 있는 것으로, 따라서 반도체 장치나 반도체 집적 회로 장치에 한하지 않고, 초전도 장치, 마이크로머신, 전자 디바이스 등의 미세 디바이스의 제조에 이용하는 포토마스크, 특히 미세 패턴 형성에 적합한 하프톤 위상 시프트 마스크에 적용하여 그 효과를 발휘하는 것이다.

본원에 의해서 얻어지는 여러가지의 효과를 간단히 설명하면, 이하와 같다.

(l) 본 발명의 마스크는 제조 공정수가 적고, 제조에 요하는 시간이 짧고, 또한 비용도 싸다.

(2) 본 발명의 마스크는 제조 공정수가 적은 것 외에 이물 결함을 발생하기쉬운 Cr 막의 스퍼터 성막이나 에칭을 생략할 수 있기 때문에 마스크의 제조 수율이 높다.

(3) 종래 행해지고 있는 Cr과 같은 하프톤막 상의 차광물을 에칭으로 취할 공정이 필요하지 않다. 이 때문에 하프톤막이 불균일하게 에칭되고, 부분적으로 막 두께가 다른 일이 없다. 이 때문에 하프톤막의 위상 제어성이 높고, 패턴 치수 정밀도도 높다.

(4) 하프톤 재료의 선택시에 Cr와의 에칭 선택비를 고려할 필요가 없다. 이 때문에 하프톤 재료의 재료 선택의 폭이 크다.

(5) 본 발명의 마스크에서는 레지스트 잔류 결함을 형광 검사 방법을 이용하여 단시간 또한 고감도로 검출 가능하다.

Claims (13)

1. 위상 시프트 마스크에 있어서,

   투광성 기판과,

   상기 투광성 기판 상에 설치된 노광광을 감광하여 이 노광광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막 패턴과,

   상기 위상 시프트막 패턴의 외측 주변의 상기 투광성 기판의 상부 표면을 부분적으로 덮는 레지스트막

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막은 네거티브형의 레지스트막인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 위상 시프트막은 상기 노광광을 180°의 홀수배 위상 시프트하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막은 노광 처리되어 현상된 후 열 처리된 것인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
5. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막은 상기 투광성 기판의 주연부 표면을 제외한 상기 위상 시프트막 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
6. 제1항에 있어서, 상기 위상 시프트막 패턴 및 그 주변의 상기 레지스트막이페리클(pericle)에 의해서 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
7. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막의 막 두께가 상기 위상 시프트막의 막 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
8. 제1항에 있어서, 상기 레지스트막의 상기 노광광에 대한 감쇠 계수가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
9. 위상 시프트 마스크에 있어서,

   투명 기판과,

   상기 투명 기판 상에 설치된 마스크 패턴 영역을 형성하는 하프톤 위상 필름막과,

   상기 마스크 패턴 영역의 외주를 둘러싸 상기 위상 시프트막 상에 설치된 레지스트막

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
10. 위상 시프트 마스크를 제조하는 방법에 있어서,

    노광광을 감광하고 또한 이 노광광의 위상을 시프트시키는 위상 시프트막을 투광성 기판의 일 주면상에 갖는 마스크 기판을 준비하는 공정과,

    마스크 패턴 영역을 형성하기 위해 상기 위상 시프트막을 패터닝하는 공정과,

    상기 패터닝된 상기 위상 시프트막 상에 레지스트막을 피착하는 공정과,

    상기 마스크 패턴 영역의 외측 주변부에 부분적으로 상기 레지스트막을 남기고 상기 마스크 패턴 영역내 및 상기 투광성 기판의 주연부 상에 위치하는 상기 레지스트막을 제거하는 공정

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 레지스트막은 네거티브형의 레지스트인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
12. 포토 마스크를 제조하는 방법에 있어서,

    상부 표면에 마스크 패턴 영역을 구성하는 위상 시프트막이 형성되어 상기 마스크 패턴 영역의 외측의 상기 위상 시프트막상에 레지스트막이 피착된 포토마스크를 준비하는 공정과,

    상기 마스크 패턴 영역에 광을 조사하여 잔존하는 레지스트재로부터 발하는 형광을 관찰함으로써 상기 포토 마스크를 검사하는 공정

    을 포함하는 포토 마스크의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 광이 Ar 레이저광인 것을 특징으로 하는 포토 마스크의 제조 방법.