KR20020026848A - 포토마스크 - Google Patents

Abstract

해프톤막 및 차광막을 가진 포토마스크에 있어서, 해프톤영역이 인접한 두 개의 홀패턴 단부들 사이에 연속적으로 배치되며, 두 개의 홀패턴들을 연결하는 선에 수직한 방향에 대한 해프톤영역의 폭은 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 거리에 따라 설정되는 포토마스크이다.

Description

포토마스크{Photomask}

본 발명은 포토리소그래피에 이용되는 포토마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복잡한 홀패턴의 변형을 보정하기 위한 포토마스크에 관한 것이다.

포토리소그래피에 이용되는 포토마스크에 있어서, 홀패턴의 변형을 줄이는 중요한 요소는 인접한 패턴 소자들의 홀패턴 피치에 기초하여 홀패턴들 사이에 있는 해프톤영역을 배치시키는 것이다.

홀패턴의 변형은 일반적으로 두 유형으로 분류될 수 있다. 하나의 유형은 큰 σ조명(σ는 코히런트 팩터(coherent factor), σ>0.6)나 사입사(斜入射)조명의 경우에 나타나며, 피치가 감소되는 경우와 피치가 특정 피치 이하인 경우에 홀 직경은 서서히 증가한다. 홀패턴 변형의 다른 유형은 수직 피치나 수평 피치가 작아지는 경우 그 방향으로 인장되는 유형이 있다.

종래, 웨이퍼 상에서 패턴의 변형을 감소시키기 위하여, 마스크가 고의적으로 미리 역방향으로 변형하는 방법이 사용되었다. 이 방법은 일반적으로 광학적 근사 효과 보정(OPC)으로 알려져 있으며, 그 보정방법에는 두 가지의 방식이 있다. 하나는 소위 시뮬레이션-베이스 방식(simulation-based method)이며, 이것에 의하여 소정의 패턴을 달성하기 위하여 필요에 따라 시뮬레이션이 수행된다. 나머지 하나는 룰-베이스 방식(rule-based method)이며, 이것에 의하여 미리 설정되어 있는 법칙에 따라 보정이 수행되는 것이다.

그러나, 전술한 방법에 있어서, 홀패턴 변형의 방지는 홀패턴이 미세해짐에 따라 어렵게 된다.

또한, 홀패턴 크기와 형상의 변경은 설계 그리드(grid)에 의하여 설정되는 단위로 이루어지기 때문에, 웨이퍼 상에서 크게 전사되는 홀패턴을 보정하면, 너무 작게 되는 문제가 발생한다. 이것은 크기가 작아짐에 따라 MEEF(Mask Error Enhancement Factor)가 서서히 증가하기 때문이다. MEEF는 설계 차원(마스크 크기/축소투영 비)을 횡축으로 나타내고 웨이퍼 상의 전사 크기를 종축으로 나타낸 그래프의 기울기이다.

비록 MEEF(기울기)가 이상적으로 1이지만, 패턴이 매우 작아지는 경우 그것은 1 보다 크게 되며, 마스크의 제조 오차가 웨이퍼 상에서 확대되는 문제가 있다. 특히, 매우 미세한 홀패턴에 있어서, MEEF는 4 이상으로 되기 때문에, 캐드 데이터 상에서 10㎚의 크기가 변화되더라도 웨이퍼 상에서 1㎚ 이상의 크기 변화가 있다. 따라서, 전사패턴이 너무 크고 인접패턴이 서로 분리되지 않은 경우에 마스크 패턴 보정이 이루어지면 홀 크기가 실질적으로 작게 되는 문제가 발생된다.

또한, 전사 크기를 웨이퍼 상에서 정확하게 제어하기 위하여, 마스크 보정을 할 때 보다 미세한 그리드를 사용할 필요가 있지만, 미세한 그리드를 사용할 경우 마스크를 제조하는데 필요한 시간이 지나치게 증가되어 실용적이지 못한 문제가 발생된다.

종래, 마스크 크기를 변경하기보다는 역위상의 광을 이용하여 홀 크기를 변경하는 수단이 제안되었다. 예를 들면, 홀패턴의 선형성을 개선하기 위하여, 해프톤영역이 홀패턴의 주위 영역에 형성되는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이 방법은 복잡한 패턴 레이아웃에 적당하지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은 미세한 홀패턴과 미세한 피치에서 홀의 크기와 변형을 보정할 수 있는 포토마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복잡한 패턴 레이아웃에서 홀패턴의 크기와 변형을 보정할 수 있는 포토마스크를 제공하는 것이다.

도 1a 및 1b는 본 발명에 다른 포토마스크에 대한 마스크 패턴을 설계하는 공정을 나타내는 도면;

도 2a는 본 발명에 따른 포토마스크를 나타내는 평면도;

도 2b는 도 2a의 선 X-X'에 대한 단면도;

도 3은 본 발명에 따라 해프톤(half-tone) 영역에서 0.06, 0.10, 0.18 및 0.30㎛의 폭 W에 대하여 홀패턴의 피치와 홀 크기 사이의 관계를 나타내는 그래프;

도 4는 본 발명에 따라 보정된 홀패턴의 피치와 홀 크기 사이의 관계를 나타내는 그래프;

도 5는 비교예 1에 따라 해프톤영역이 없는 포토마스크를 나타내는 도면;

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 포토마스크를 나타내는 도면;

도 7a는 제1 비교예에 따라 해프톤영역을 가지지 않는 포토마스크를 사용하여 광 세기의 시뮬레이션 결과인 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 7b는 도 7a의 Y-Y'선에 대한 광 세기 분포를 나타내는 도면;

도 8a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토마스크를 사용하여 광 세기의 시뮬레이션 결과인 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 8b는 도 8a의 Z-Z'선에 대한 광 세기 분포를 나타내는 도면;

도 9는 비교예 2에 따라 해프톤영역이 없는 포토마스크의 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따라 포토마스크(위상 시프트 마스크)의 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 11은 제2 비교예에 따라 마스크를 갖지 않는 포토마스크에 대한 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따라 포토마스크(위상 시프트 마스크)에 대한 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 13은 제3 비교예에 따라 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크의 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포토마스크의 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 15는 제3 비교예에 따라 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크에 대한 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 포토마스크에 대한 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 17은 본 발명의 제4 실시예에 따른 포토마스크의 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 18은 제4 비교예에 따라 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크의 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 포토마스크의 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 20은 제4 비교예에 따라 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크에 대한 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 21은 제4 실시예에 따른 포토마스크에 대한 광 세기 분포의 등고선을 나타내는 도면;

도 22a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 포토마스크의 제1 마스크 패턴을 나타내는 도면;

도 22b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 포토마스크의 제2 마스크 패턴을 나타내는 도면;

더 23은 본 발명의 제5 실시예에 따른 포토마스크의 각 피치 P에 대한 해프톤영역의 폭 W와 홀 크기 사이의 관계를 나타내는 그래프; 및

도 24는 본 발명의 제5 실시예에 따른 포토마스크 상에서 홀 크기가 0.18㎛에 대하여 각 피치 P에 대한 최적의 해프톤영역의 폭 W를 결정하는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a, 1b, 1c, 1d: 홀패턴

2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e: 해프톤패턴

11, 11a, 11b, 11c, 11d, 11e: 홀패턴

12, 12a, 12b, 12c: 해프톤영역

101:투명기판

102:해프톤막

103:차광막

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하의 기술적 구성을 채용한다.

특히, 본 발명의 제1 면은:

광을 투과 또는 반사시키는 기판,

상기 기판 상에 형성되고 소정의 간격으로 서로 인접하게 배치된 적어도 두 개의 홀패턴들을 가진 해프톤막, 및

상기 해프톤막 상에 형성되고 상기 해프톤막의 상기 홀패턴들에 대응하여 배치된 홀패턴들을 가지고 상기 두 개의 홀패턴들 사이의 영역에 제공된 해프톤영역을 가지는 차광막을 포함하고,

상기 해프톤영역이 상기 홀패턴들의 일방 홀패턴 단부로부터 상기 홀패턴들의 타방 홀패턴의 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 두 개의 홀패턴들을 연결하는 선에 수직한 방향에 대한 상기 해프톤영역의 폭은 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 거리에 따라 설정되는 포토마스크이다.

본 발명의 제2면은:

광을 투과 또는 반사시키는 기판,

상기 기판 상에 형성되고 소정의 간격으로 서로 인접하게 배치된 적어도 두 개의 홀패턴들을 가진 해프톤막, 및

상기 해프톤막 상에 형성되고 상기 해프톤막의 상기 홀패턴들에 대응하여 배치된 홀패턴들을 가지고 상기 두 개의 홀패턴들 사이의 영역에 제공된 해프톤영역을 가지는 차광막을 포함하고,

상기 해프톤영역들 중의 일방의 해프톤영역은 상기 홀패턴들의 일방 홀패턴 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 해프톤영역들 중의 타방의 해프톤영역은 상기 홀패턴들의 타방 홀패턴 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 두 개의 해프톤영역들은 서로 대향되게 배치되며, 상기 두 개의 홀패턴들을 연결하는 선의 방향에 대한 상기 해프톤영역의 폭은 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 거리에 따라 설정되는 포토마스크이다.

본 발명의 제3 면에 의하면, 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 상기 거리가 작아짐에 따라 상기 해프톤영역의 폭이 커지는 포토마스크이다.

본 발명의 제4 면에 의하면, 상기 홀패턴의 홀 크기 감소량은 상기 해프톤영역의 상기 폭, 및 상기 기판이 가지는 광투과율의 1/n 승에 비례하는 포토마스크이다.

본 발명의 제5 면에 의하면, 상기 두 개의 홀패턴들의 상기 중심들 사이의 상기 거리가 소정의 길이보다 작은 경우 상기 해프톤영역이 제공되는 포토마스크이다.

본 발명의 제6 면에 의하면, 복수의 상기 홀패턴들이 일차원 방향으로 매우 밀접하게 배열된 경우, 상기 해프톤영역이 상기 방향으로 상기 복수의 홀패턴들을 연결하는 선상에 배치되는 포토마스크이다.

본 발명의 제7 면에 의하면, 복수의 상기 홀패턴들이 이차원의 방향으로 매우 밀접하게 배열된 경우, 상기 해프톤영역이 상기 복수의 홀패턴들의 주변영역에 배치된 홀패턴에 제공되는 포토마스크이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

(제1 실시예)

특히, 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토마스크에 대한 마스크 패턴을 설계하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 마스크 패턴에 대한 캐드 데이터에 있어서, 소정의 간격을 가진 인접한 홀들의 홀패턴(1a 및 1b)은 추출(도 1a 참조)되고 홀패턴(1a 및 1b)들 사이에 단형(短形; 또는 띠모양)의 해프톤패턴(2)이 그려진다. 인접한 홀패턴들을 연결하는 직선의 방향에 수직한 방향으로 해프톤패턴(2)의 폭은 홀패턴(1a 및 1b)들 사이의 피치(중심과 중심 사이의 거리)에 기초하여 설정된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토마스크를 나타내는 도면이며, 2 a는 평면도이고, 2b는 X=X'선에 대한 단면도이다. 도 2에 나타낸 포토마스크는 투명기판(101) 상에 해프톤막(102)과 차광막(103)을 연속적으로 형성함으로써 제작된다. 마스크 제조에 있어서, 먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 홀패턴(1a 및 1b)들을 묘화하고, 홀영역(11a 및 11b)에 대한 차광막(103) 및 해프톤막(102)을 에칭한다. 다음, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 해프톤패턴(2)이 묘화되고, 해프톤영역(12)에 대한 차광막(103)이 제거된다. 이 단계에서, 도 1b의 해프톤패턴(2)은 오버랩 마진을 달성하고 해프톤패턴 영역(2)의 변형을 방지하기 위하여 각 홀패턴(1a 및 1b)과 부분적으로 오버랩된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 해프톤패턴 영역(2)이 가늘고 긴 경우, 가늘고 긴 해프톤패턴영역(2)의 단부와 코너부에서 둥글게 되거나 선폭이 현저하게 감소된다. 이 때문에, 해프톤패턴(2)은 홀패턴(1a 및 1b)까지 연장되어 둥글게 되는 부분이 홀영역에 위치되도록 한다. 이렇게 된 경우, 실제의 마스크에 있어서, 홀영역(11a)과 홀영역(11b) 사이의 부분만이 소정의 폭W를 가진 해프톤영역(12)이 되어, 해프톤패턴(2)의 단부와 코너부가 둥글게 되거나 선폭이 감소되었던 문제가 발생되지 않는다. 투명기판(101)의 재료는 합성석영, 해프톤막(102)의 재료는 산화질화몰리브덴실리사이드, 그리고 차광막(103)의 재료는 크롬이 이용될 수 있다(엄격하게 말하면, 크롬산화막이 표면으로부터 반사를 방지하기 위하여 제공된다.). 차광막(103)의 다른 재료가 사용되는 경우에 있어서, 위상시프트형(phase-shift type) 포토마스크의 재료로서 불화크롬 등의 다른 재료가 이용될 수 있다.

해프톤영역(12)에 있어서, 해프톤영역(12)을 통과하는 광의 위상이 홀패턴(11a 및 11b)의 위상과 180°다르기 때문에, 다른 위상을 가진 광들 사이의간섭에 의하여 해프톤영역(12)에서 광의 세기를 감소시키는 것이 가능하다. 해프톤영역(12)에서 광의 세기를 감소시키는 효과는 광투과율과 해프톤영역(12)의 표면적에 따라 변하며, 광투과율이 높고 표면적이 커질수록 광의 세기는 더욱 감소된다. 그러므로, 광투과율과 해프톤영역(12)의 폭W를 적절히 조정함으로써 웨이퍼 상에서 홀패턴영역(11a 및 11b)이 너무 커지게 되고, 또한 극단적인 경우에 홀패턴영역(11a 및 11b)들이 분리되지 않는 문제가 해결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 포토마스크를 형성하는 조건은 다음과 같다. 이하의 설명에 있어서, 최소의 홀패턴 피치가 0.3㎛로 0.18㎛의 랜덤 피치(random pitch)가 형성되는 경우에 대하여 설명한다. 이 경우에 이용되는 스테퍼(stepper)에서 설정된 광학조건은 파장이 248㎚이고, 개구수(NA)는 0.68이고, 최대 σ는 0.75이다(반경의 2/3는 중심에서 차단되는 조명). 사입사조명이나 큰 σ조명(σ>0.7)에 있어서, 패턴이 밀집할수록 근접효과에 의하여 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 크기가 커지게 된다. 따라서, 패턴의 간격이 다소 작은 경우 해프톤패턴이 홀패턴들 사이에 위치되고 간격이 커지게 됨에 따라 폭W는 서서히 증가한다.

포토마스크의 제조에 대한 조건은 다음과 같다. 해프톤영역의 광투과율을 먼저 설정한 후 피치와 해프톤영역의 폭을 설정할 필요가 있다.

보정의 정확도를 높이기 위해서 해프톤영역의 광투과율은 상대적으로 낮아야 한다. 이것은 해프톤영역의 광투과율이 지나치게 높은 경우, 폭이 변할 때 웨이퍼 상에서 과도한 크기의 변화가 있기 때문이다. 극단적인 경우, 광투과율은 100%로 될 수도 잇다. 그러나, 이 경우 단지 매우 미세한 해프톤 패턴을 제공하기 때문에홀패턴의 크기가 매우 작아지게 되어, 미세한 홀패턴의 크기와 변형의 보정을 수행하는 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. 한편, 해프톤영역의 광투과율이 극히 낮은 경우, 폭이 최대로 된 경우에도 소망하는 크기의 감소를 달성할 수 없다. 이 때문에, 해프톤영역의 광투과율에 대한 적당한 범위가 있다. 최소 0.3㎛의 피치 및 최대 0.3㎛로 설정된 해프톤의 폭을 가진 홀패턴의 사이즈가 독립적인 홀의 사이즈와 동일하도록 해프톤영역의 광투과율이 설정된다. 광투과율이 3%인 경우, 해프톤영역에 있는 0.3㎛ 피치를 가진 홀패턴의 전사 크기가 차광영역에 있는 독립적인 홀의 크기와 동일하다. 따라서, 해프톤의 광투과율은 3%로 설정된다.

해프톤영역의 폭을 설정하는 방법은 다음과 같다. 가장 간단한 방법은 홀패턴의 피치와 홀 크기 사이의 관계를 결정하는 것과 각 피치에 대하여 소망 크기의 범위가 얻어지도록 해프톤영역의 폭을 선택하는 것이다. 해프톤영역의 폭W가 0.06, 0.10, 0.18, 및 0.30㎛인 경우, 홀패턴의 피치와 홀 크기 사이의 관계를 도 3에 나타냈다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크에 있어서 해프톤영역의 폭W가 0.06, 0.10, 0.18, 및 0.30㎛인 경우에 대하여 홀패턴의 피치와 홀 크기 사이의 관계를 나타낸다. 계산은 종축과 횡축을 따라서 동일한 피치로 수행하였다. 광 세기의 분포에 대한 계산에 있어서, 웨이퍼 상의 홀 크기는 소위 엑스포저 스레스홀드 모델(exposure threshold model)을 이용하여 결정되었다. 문턱값으로 이용되는 광의 세기는 0.18㎛의 독립적인 패턴 요소(1.5㎛ 피치 패턴)로 되는 값(약 0.15의 광 세기)이다. 실제의 노광에 있어서 차광막 내에서 디포커스 효과(defocusing effect)를 고려하면, 디포커스는 광 세기의 계산에 있어서 0.15㎛로 설정된다. 0.3㎛의 피치 P에 있어서, 폭W가 0.3㎛인 해프톤영역을 이용하는 홀 크기가 그려져 있다. 따라서, 광투과율이 3%인 경우 최소 피치 0.3㎛의 홀패턴이 얻어진다. 이러한 결과들로부터, 0.18㎛±0.1㎛의 범위 내의 홀 크기를 가지기 위해서, 홀패턴의 피치 P와 해프톤영역의 폭W 사이의 관계가 W=0.3㎛(P=0.3㎛인 경우), W=0.18㎛(P=0.31 내지 0.34㎛인 경우), W=0.1㎛(P=0.35 내지 0.4㎛인 경우), 및 W=0.06㎛(P=0.41 내지 0.44㎛인 경우)이다. 0.45㎛보다 큰 피치의 경우, 해프톤영역은 적용되지 않았다. 도 4는 상기와 같은 룰에 의하여 보정된 경우 크기 변동, 즉 홀패턴의 피치 P와 해프톤영역의 폭W 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

여기서 제안된 포토마스크의 효과를 증명하기 위하여, 보다 실제적인 랜덤 패턴에 대한 적용 결과를 나타낸다. 이에 대하여 도 5에 나타낸 바와 같이 0.18㎛의 홀을 가진 마스크를 이용하여 설명한다. 도 5는 제1 비교예에 따라 해프톤영역이 없는 포토마스크를 나타내는 모식도이다. 시뮬레이션에서 노광조건은 NA가 0.68이고, σ가 0.75이고, 2/3 윤대조명(annular illumination;반경의 2/3이 그 중심에서 차광된 조명)의 KrF엑시머 레이저 노광장치를 이용한다. 홀패턴(11a 내지 11d)은 수직방향으로 가깝게 배치되고, 홀패턴(11e)은 오른쪽 수평방향으로 홀패턴(11c)으로부터 약간 떨어져 잇다. 홀패턴(11a 및 11b)들 사이의 피치는 P1이고, 홀패턴(11b 및 11c)들 사이의 피치는 P2이고, 홀패턴(11c 및 11d)들 사이의 피치는 P3이고, 홀패턴(11c 및 11e)들 사이의 피치는 P4이고, 이러한 피치들은 P1=0.3㎛, P2=0.33㎛, P3=0.44㎛, 및 P4=0.52㎛이다.

도 6은 해프톤영역이 도 5의 포토마스크에 적용되는 포토마스크를 나타낸다.즉, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토마스크의 모식도이다. 홀패턴(11a 및 11b)들 사이의 해프톤영역(12a), 홀패턴(11b 및 11c)들 사이의 해프톤영역(12b), 홀패턴(11c 및 11d)들 사이의 해프톤영역(12c)이 각각 배치되고, 각 해프톤 영역의 폭 W1 내지 W3은, W1=0.3㎛, W2=0.18㎛, W3=0.1㎛이다.

도 7은 도 5에 있는 포토마스크의 광 세기의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 도 8은 도 6에 있는 포토마스크의 광 세기의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 7은 제1 비교예에 따라 해프톤영역이 없는 포토마스크에 대한 광 세기의 시뮬레이션 결과를 나타내는 모식도이며, 도 7a는 광 세기의 등고선을 나타내며, 도 7b는 Y-Y'선에 대한 콘트래스트를 나타낸다. 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토마스크에 대한 광 세기의 시뮬레이션 결과를 나타내는 모식도이며, 도 8a는 광 세기의 등고선을 나타내며, 도 8b는 Z-Z'선에 대한 콘트래스트를 나타낸다. 제1 비교예를 나타내는 도 7a를 참조하면, 좁은 피치에서 패턴들 사이의 변형이 있는 것을 볼 수 있다. 도 7b를 참조하면, 홀패턴(11a 및 11b)들 사이에는 최소 광 세기가 0.1을 초과하여, 실제적인 노광이 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 상에 행해지는 경우 홀패턴(11a 및 11b)들 사이에 남아 있는 포토레지스트의 막이 극단적으로 얇게 된다. 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 피치가 좁은 패턴들의 결합이 방지되는 것을 볼 수 있다.

이상에서 해프톤영역의 광투과율이 3%인 경우에 대하여 설명하였지만, 최적의 광투과율은 노광조건, 및 홀패턴의 크기와 레이아웃에 따라 다르다. 광투과율이 다소 높게 되는 경우에도, 특별히 큰 문제가 발생되지 않는다. 해프톤영역의 광투과율은 각 노광 파장에 대하여 표준 값을 가진다. 예를 들면, I-선(파장이 365㎚이다.)의 경우, 이것은 8%이고, KrF엑시머 레이저(파장이 248㎚이다.)의 경우 6%가 일반적으로 이용되는 값(다른 경우, 4%가 때때로 이용된다.)이다. 이러한 표준값의 광투과율을 가지는 마스크 기판을 항상 마커(maker)로 이용하는 것은 마스크 제조의 납기(納期)와 품질 보증의 측면에서 이점이 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예는:

광을 투과 또는 반사시키는 기판,

상기 기판 상에 형성되고 소정의 간격으로 서로 인접하게 배치된 적어도 두 개의 홀패턴들을 가진 해프톤막, 및

상기 해프톤막 상에 형성되고 상기 해프톤막의 상기 홀패턴들에 대응하여 배치된 홀패턴들을 가지고 상기 두 개의 홀패턴들 사이의 영역에 제공된 해프톤영역을 가지는 차광막을 포함하고,

상기 해프톤영역이 상기 홀패턴들의 일방 홀패턴 단부로부터 상기 홀패턴들의 타방 홀패턴의 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 두 개의 홀패턴들을 연결하는 선에 수직한 방향에 대한 해프톤영역의 폭은 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 거리에 따라 설정되는 포토마스크이다.

(제2 실시예)

다음, 6%의 표준 광투과율을 가지는 해프톤 위상시프트 마스크 기판의 적용 결과를 생각하자. 제2 실시예에 따른 KrF엑시머 레이저 노광장치를 이용하는 노광조건은 제1 실시예와 동일한 조건이다. 보정전의 마스크 패턴을 도 9에 나타냈으며, 도 9는 제2 비교예에 따라 해프톤영역을 가지지 않는 포토마스크의 마스크패턴을 나타내는 모식도이다. 모든 경우의 홀 크기는 0.18㎛이고, 1a 내지 1d 사이의 홀패턴 데이터의 간격은 P1=0.3㎛, P2==0.34㎛, 및 P3=0.54㎛이다.

좁은 피치를 가진 홀패턴들 사이에서 6%의 광투과율을 갖는 해프톤영역을 배치시킴으로써, 홀의 변형을 방지할 수 있다. 이러한 조건하에서, 홀패턴의 피치 P와 해프톤영역의 폭W 사이의 관계가 W=0.12㎛(P=0.3㎛인 경우), W=0.8㎛(P=0.31 내지 0.34㎛인 경우), W=0.6㎛(P=0.35 내지 0.4㎛인 경우), 및 W=0.04㎛(P=0.41 내지 0.44㎛인 경우)이다. 보정후의 포토마스크를 도 10에 나타냈으며, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토마스크(위상시프트 마스크)의 마스크 패턴을 나타낸 모식도이다. 해프톤영역(2a)의 폭W1은 0.12㎛이고, 해프톤패턴(2a)의 폭W2는 0.08㎛이다. 홀패턴(1a 및 1b)들 사이의 피치가 폭이기 때문에, 비해프톤영역이 이러한 홀패턴들 사이에 위치된다.

도 11 및 도 12는 도 9 및 도 10에 각각 나타낸 마스크 패턴들을 이용하여 얻어진 광 세기의 등고선을 나타낸 도면이다. 도 11은 제2 비교예에 따라 해프톤영역이 없는 포토마스크에 대한 광 세기의 등고선을 나타내는 모식도이다. 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토마스크(위상시프트 마스크)에 대한 광 세기의 등고선분포를 나타내는 모식도이다. 특히, 보정효과가 최소의 피치를 가지는 홀패턴(11a 및 11b)들 사이에서 가장 현저하다. 제2 비교예에 대하여 보정전의 조건을 나타내는 도 11에 있어서, 최소 피치를 갖는 홀들은 서로 결합된다(홀패턴들 사이의 광 세기가 O.1을 초과하는 높은 값이기 때문에, 포토레지스트가 상당히 현상된다.). 이와 대조적으로, 보정후의 제2 실시예를 나타내는 도 12에 있어서, 최소의 피치를 갖는 홀들에 있어서 광 세기를 충분히 감소시킬 수 있어서 각 홀패턴들이 서로 분리되어 형성된다.

비록 해프톤영역의 폭을 보다 정확하게 설정할 수 있지만, 전술한 실시예에서 나타낸 바와 같이, 일반적으로 ±10㎚ 범위에서 대략 네 개의 단계들로 제어를 수행하는 것으로 충분하다. 보다 정확한 제어가 요망되는 경우, 피치를 보다 미세하게 설정하여 해프톤영역 폭의 종류를 증가시키는 것이 필요하다.

(제3 실시예)

본 발명의 제3 실시에를 이하에서 설명한다.

제1 실시예에는 큰 σ조명이나 사입사조명 조건에 있어서 밀집한 패턴에 대한 크기 보정이었으나, 제3 실시예에 있어서는, 작은 σ조명이나 중간 σ조명(여기서 σ의 값은 0.6 이하이다.)의 경우에 한 방향으로 밀집한 패턴의 변형을 방지하는 경우에도 적용하는 것이 가능하다. 이 경우, 제1 케이스로서 밀(密)하지 않은 영역에는 보정을 하지 않는다. 제2 케이스로서 패턴이 종횡 방향으로 모두 밀집한 경우(피치가 어느 값 이하인 경우), 보정을 하지 않는다. 제3 케이스로서 홀패턴이 일방으로 매우 밀집한 경우, 패턴의 피치에 의하여 결정되는 폭을 가진 해프톤영역을 배치시킨다. 또한 상기 제2 및 제3 케이스 중간의 경우, 즉, 밀집한 어레이의 외주변과 같이 상하좌우의 일방향에만 다른 패턴이 근접하지 않은 부분에는 제3 케이스의 해프톤영역 폭 크기의 반되는 폭을 가진 해프톤영역을 배치시킨다.

노광조건은 KrF레이저(248㎚), 0.68인 NA, σ=0.5를 이용한다. 홀 크기는0.18㎛로 하여 일방향으로 0.32㎛의 피치를 가진 경우, 0.18㎛의 해프톤영역을 이용한다. 이 경우의 해프톤영역의 광투과율은 3%이다.

도 13은 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크를 나타낸다. 도 13은 제3 비교예에 따라 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크의 마스크패턴을 나타낸 모식도이다. 도 13에 있어서, 0.18㎛의 홀패턴은 모두 0.32㎛의 피치를 가지고 종방향으로 배치된다. 영역 A부분은 홀패턴들이 0.32㎛의 피치를 가지고 좌우로 배치된 0.32㎛ 피치 홀 어레이영역이다. 영역 B부분은 0.32㎛ 피치 홀 어레이를 갖는 영역 A의 주변부분이다. 영역 B의 일측에는 홀패턴이 없으며, 영역 B의 타측에는 피치가 0.32㎛인 영역 A의 홀패턴들이 있다. 영역 C는 좌우에 홀패턴이 없는 패턴이다(영역 B의 홀들로부터 떨어져 있다.).

도 14는 이 레이아웃에 해프톤영역을 배치시킨 예를 나타낸다. 도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포토마스크의 마스크패턴을 나타내는 모식도이다. 영역 A에는 해프톤영역이 위치되지 않으며, 영역 B에는 각 홀들 사이에 폭W2가 0.09㎛인 해프톤영역이 위치되며, 영역 C에는 각 홀들 사이에 폭W1이 0.18㎛인 해프톤영역이 위치된다.

도 15는 도 13에 나타낸 마스크패턴에 따른 광 세기의 분포를 나타내며, 도 16은 도 14에 나타낸 마스크패턴에 따른 광 세기의 분포를 나타낸다. 도 15는 제3 비교예에 따라 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크에 대한 광 세기 분포의 등고선을 나타낸 모식도이며, 도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광 세기 분포의 등고선을 나타낸 모식도이다. 이들의 광 세기 분포에 있어서, 0.18㎛의 독립적인 홀이설계 크기로 되는 0.16의 광 세기를 굵은 선으로 표시하며, 각 등고선의 간격은 0.08이다. 보정전의 조건을 나타내는 도 15의 광 세기 분포에 있어서, 밀집한 어레이(영역 B)의 외주변과 일방향으로 밀집한 어레이(영역 C)를 가진 부분에는, 밀집한 배열의 방향으로 홀패턴들이 신장하거나 연결된다. 도 16의 광 세기 분포에 있어서, 홀의 변형이 방지되는 것을 볼 수 있다.

따라서 두 개의 수직한 방향으로 인접하는 패턴들을 조사(調査)하고, 이 두 방향의 피치에 기초하여 보정법을 이용함으로써 중소 σ(σ<0.6)에서 변형을 방지할 수 있다.

(제4 실시예)

관련된 도면을 참조하여 이하에서 본 발명의 제4 실시예를 설명한다.

도 17은 제4 실시예에 따른 포토마스크의 마스크패턴을 나타내는 모식도이다. 제1 실시예(도 6 참조)에서 홀패턴들 사이에 한 개의 단형(短形) 해프톤영역이 배치된 것과 대조적으로, 도 17에 나타낸 제4 실시예에 의하면 홀패턴(1a 및 1b)들의 주변부에 해프톤패턴(2a 및 2b)들이 배치된다.

노광조건은 KrF레이저, 0.68의 NA, 및 σ가 0.75인 2/3 윤대조명을 이용하는 제1 실시예와 동일하다.

제4 실시예의 결과는 다음과 같다. 해프톤영역을 갖지 않는 포토마스크를 도 18에 나타낸다. 도 18은 제4 비교예에 따른 마스크패턴을 나타내는 모식도이다. 이 경우의 홀 직경은 0.18㎛이고, 홀패턴(11a 및 11b)들 사이의 간격 P1은 0.3㎛이고, 홀패턴(11a 및 11c)들 사이의 간격 P2는 0.34㎛이고, 홀패턴(11a 및 11d)들 사이의간격 P3는 0.42㎛이고, 홀패턴(11a 및 11e)들 사이의 간격 P4는 0.5㎛이다. 이러한 노광과 패턴 크기의 조건하에서, 해프톤영역의 폭W에 대한 피치 P 사이의 관계는 W=0.06㎛(P=0.3㎛인 경우), W=0.05㎛(P=0.31 내지 0.38㎛인 경우), W=0.04㎛(P=0.39 내지 0.48㎛인 경우), 및 W=0.03㎛(P=0.49 내지 0.54㎛인 경우)이다. 보정후의 포토마스크를 도 19에 나타냈으며, 도 19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 포토마스크의 마스크 패턴을 나타낸 모식도로서, W1=0.06㎛, W2=0.05㎛, W3=0.04㎛ 및 W4=0.03㎛이다.

도 20은 도 18에 나타낸 마스크패턴의 광 세기 분포를 나타내며, 도 21은 도 19에 나타낸 마스크패턴의 광 세기 분포를 나타낸다. 도 20은 제4 비교예에 따라 해프톤영역이 없는 포토마스크에 대한 광 세기의 등고선을 나타내는 모식도이며, 도 21은 본 발명의 제4 실시예에 따라 해프톤영역을 갖는 포토마스크에 대한 광 세기의 등고선분포를 나타내는 모식도이다. 도 19에 나타낸 보정전의 결과에 있어서, 홀패턴(11a 및 11b)들 사이(0.3㎛의 피치)에서 홀들이 결합되어버린다. 이와 대조적으로, 보정후의 제4 실시예를 나타내는 도 20에 있어서, 작은 피치(11a와 11b 사이)를 갖는 홀들이 결합되는 것이 방지되어 모든 홀들이 원하는 크기로 될 수 있는 것을 볼 수 있다.

이 실시예의 보정법을 모든 홀패턴들에 대하여 동일한 폭을 가진 해프톤영역이 배치된, 소위 림형(rim-type) 위상시프트 마스크에도 적용할 수 있는 것을 기꺼이 이해할 수 있다.

또한, 전술한 실시예들이 KrF엑시머 레이저에 대한 포토마스크(투과형)에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 노광 파장이나 마스크 구조에 한정되지 않으며, X선 노광을 이용하는 멤브레인 구조(membrane structure)를 가진 투과형 마스크나, 다층코팅구조를 가진 반사형 마스크에도 동일한 방법으로 적용될 수 있음을 이해해야 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예는,

광을 투과 또는 반사시키는 기판,

상기 기판 상에 형성되고 소정의 간격으로 서로 인접하게 배치된 적어도 두 개의 홀패턴들을 가진 해프톤막, 및

상기 해프톤막 상에 형성되고 상기 해프톤막의 상기 홀패턴들에 대응하여 배치된 홀패턴들을 가지고 상기 두 개의 홀패턴들 사이의 영역에 제공된 해프톤영역을 가지는 차광막을 포함하고,

상기 해프톤영역들 중의 일방의 해프톤영역은 상기 홀패턴들의 일방 홀패턴 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 해프톤영역들 중의 타방의 해프톤영역은 상기 홀패턴들의 타방 홀패턴 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 두 개의 해프톤영역들은 서로 대향되게 배치되며, 상기 두 개의 홀패턴들을 연결하는 선의 방향에 대한 해프톤영역의 폭은 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 거리에 따라 설정되는 포토마스크이다.

(제 5실시예)

또한, 인접한 홀패턴들이 수직이나 수평이 아니라 다소 경사진 방향으로 배치되는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

해프톤영역의 피치 P와 폭W 사이의 관계 및 홀 크기는 다음과 같다.

피치가 어느 정도 좁게(여기서 P=0.32 내지 0.46㎛이다.) 고정된 경우, 홀 크기의 감소량은 해프톤영역의 폭W와 기판의 광투과율 T의 약 1/2승(제곱근)에 비례하는 것을 볼 수 있다. 이것은, 원리적인 면에 있어서, 평균적인 휘도를 갖는 0차 회절광의 세기가 해프톤영역 폭과 기판에 대한 광투과율 진폭(투과되는 광 세기의 1/2승)에 비례하여 감소된다는 점에서 이해할 수 있다. 이것을 도 23에 나타냈으며, 도 23은 다양한 피치들의 각각에 대하여 해프톤영역의 폭W와 홀 크기 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에 이용되는 포토마스크는 도 2에 나타낸 포토마스크이며, 도 4에 대응하는 것이다. 이것으로부터 해프톤영역의 폭W에 비례하여 홀 크기가 감소하는 것을 이해할 수 있다. 도 24는 홀 크기가 0.18㎛인 각 피치 P에 대하여 최적의 해프톤영역 폭을 결정하는 그래프이다. 이것으로부터 피치 P가 어느 범위(이 경우 P=0.36 내지 0.46㎛) 내인 경우, 해프톤영역의 폭W와 선형적인 관계에 있다는 것을 볼 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 밀집한 배열된 홀패턴들을 갖는 포토마스크의 경우에도, 홀패턴 피치에 따라 폭을 갖는 해프톤영역을 부가함으로써, 패턴의 소자(홀)들이 결합되는 것을 방지하여 마스크의 해상도를 향상시킬 수 있다.

또한, 미세한 홀패턴과 미세한 피치에서 크기와 변형을 보정할 수 있다.

Claims (11)

1. 광을 투과 또는 반사시키는 기판,

   상기 기판 상에 형성되고 소정의 간격으로 서로 인접하게 배치된 적어도 두 개의 홀패턴들을 가진 해프톤막, 및

   상기 해프톤막 상에 형성되고 상기 해프톤막의 상기 홀패턴들에 대응하여 배치된 홀패턴들을 가지고 상기 두 개의 홀패턴들 사이의 영역에 제공된 해프톤영역을 가지는 차광막을 포함하고,

   상기 해프톤영역이 상기 홀패턴들의 일방 홀패턴 단부로부터 상기 홀패턴들의 타방 홀패턴의 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 두 개의 홀패턴들을 연결하는 선에 수직한 방향에 대한 상기 해프톤영역의 폭은 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 거리에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
2. 제1항에 있어서, 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 상기 거리가 작아짐에 따라 상기 해프톤영역의 폭이 커지는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
3. 제1항에 있어서, 상기 홀패턴의 홀 크기 감소량은 상기 해프톤영역의 상기 폭, 및 상기 기판이 가지는 광투과율의 1/n 승에 비례하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
4. 제1항에 있어서, 상기 두 개의 홀패턴들의 상기 중심들 사이의 상기 거리가 소정의 길이보다 작은 경우 상기 해프톤영역이 제공되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
5. 제1항에 있어서, 복수의 상기 홀패턴들이 일차원 방향으로 매우 밀접하게 배열된 경우, 상기 해프톤영역이 상기 방향으로 상기 복수의 홀패턴들을 연결하는 선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
6. 제1항에 있어서, 복수의 상기 홀패턴들이 이차원의 방향으로 매우 밀접하게 배열된 경우, 상기 해프톤영역이 상기 복수의 홀패턴들의 주변영역에 배치된 홀패턴에 제공되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
7. 광을 투과 또는 반사시키는 기판,

   상기 기판 상에 형성되고 소정의 간격으로 서로 인접하게 배치된 적어도 두 개의 홀패턴들을 가진 해프톤막, 및

   상기 해프톤막 상에 형성되고 상기 해프톤막의 상기 홀패턴들에 대응하여 배치된 홀패턴들을 가지고 상기 두 개의 홀패턴들 사이의 영역에 제공된 해프톤영역을 가지는 차광막을 포함하고,

   상기 해프톤영역들 중의 일방의 해프톤영역은 상기 홀패턴들의 일방 홀패턴 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 해프톤영역들 중의 타방의 해프톤영역은 상기홀패턴들의 타방 홀패턴 단부까지 연속적으로 배치되며, 상기 두 개의 해프톤영역들은 서로 대향되게 배치되며, 상기 두 개의 홀패턴들을 연결하는 선의 방향에 대한 상기 해프톤영역의 폭은 상기 두 개의 홀패턴들의 중심들 사이의 거리에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
8. 제7항에 있어서, 상기 홀패턴의 홀 크기 감소량은 상기 해프톤영역의 상기 폭, 및 상기 기판이 가지는 광투과율의 1/n 승에 비례하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
9. 제7항에 있어서, 상기 두 개의 홀패턴들의 상기 중심들 사이의 상기 거리가 소정의 길이보다 작은 경우 상기 해프톤영역이 제공되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
10. 제7항에 있어서, 복수의 상기 홀패턴들이 일차원 방향으로 매우 밀접하게 배열된 경우, 상기 해프톤영역이 상기 방향으로 상기 복수의 홀패턴들을 연결하는 선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
11. 제7항에 있어서, 복수의 상기 홀패턴들이 이차원의 방향으로 매우 밀접하게 배열된 경우, 상기 해프톤영역이 상기 복수의 홀패턴들의 주변영역에 배치된 홀패턴에 제공되는 것을 특징으로 하는 포토마스크.