KR20020035172A - 반투명한 위상 쉬프트 영역을 가지고 있는 트리밍 마스크 - Google Patents

반투명한 위상 쉬프트 영역을 가지고 있는 트리밍 마스크 Download PDF

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Abstract

반도체 공정에 있어서 노출광의 파장보다 작은 리소그래피적으로 매우 작은 구조를 만들기 위해, 두께를 갖는 위상 마스크와 트리밍 마스크를 이용하여 이중노출이 행해지며, 트리밍 마스크는 위상 마스크에 의해 만들어진 위상 콘트라스트 라인을 추가적으로 구조화한다. 트리밍 마스크는 투명 또는 불투명 영역뿐만 아니라 위상 쉬프트 영역을 갖는다. 이러한 영역은 트리밍 마스크의 투명한 영역을 둘러싸며, 이를 통하여 제 1 마스크에 의하여 만들어진 위상 콘트라스트 라인이 국부적으로 재노출, 즉 단절된다. 위상 쉬프트를 시키는 제 2 마스크상의 반투명한 영역의 부가를 통하여 연속적인 라인 섹션의 광 세기에 있어서의 강도 프로파일은 콘트라스트에 있어 큰 차이를 갖게 되며 라인 섹션간의 거리는 줄어들 수 있다. 따라서, 반투명한 영역없이는 큰 구조용으로만 사용되는 트리밍 마스크가 본 발명에 의하여 매우 치수적으로 정교한 구조의 구현에도 적절히 사용된다.

Description

반투명한 위상 쉬프트 영역을 가지고 있는 트리밍 마스크{TRIMMING MASK WITH SEMITRANSPARENT PHASE-SHIFTING REGIONS}
반도체 제조시 수행되는 레지스트 층(resist layer)의 리소그래피적 구조화 공정중 위상 마스크를 사용하여, 위상 콘트라스트(phase contrast)의 이용을 통해 그 치수가 사용되는 노출광의 파장(exposure wavelength)과 같은 차수의 크기이거나 심지어는 그 보다 작은 구조가 노출된다. 위상차는 예를 들면 마스크 필드(field)들간의 단차(height steps)에 의하여, 즉 상이한 마스크 두께에 의하여 생성된다. 이러한 마스크가 투영되면, 큰 공정 윈도우(large process window), 즉 노출 강도나 투영 초점(projection focusing)에서의 변화와 관련하여 큰 허용차(tolerance)를 갖는 셰도우 라인(shadow line)이 단차하부에서의 상쇄 간섭(destructive interference)에 의하여 형성되며, 그 단차는 통상 노출광 파장의 반파장에 해당하는 위상 변화를 생성한다. 단차에서의 상쇄 간섭은 노출광의 파장보다 작은 너비를 갖는 위상 콘트라스트 라인을 형성시킨다. 이러한 위상 마스크를 사용함으로써, 매우 작은 치수적으로 정교한 구조를 만드는 것이 가능하게 된다.
단차는 정상 두께의 마스크 필드와 증가 또는 감소된 두께의 마스크 필드 사이에서만 존재하므로, 위상 마스크에 의하여 투영된 위상 콘트라스트 라인은 항상 폐곡선을 이룬다. 브랜치(branch) 라인 구조와 라인 단부를 가지고 있는 좀 더 복잡한 패턴의 생성이 필요할 때에는, 소위 트리밍 마스크가 사용되며, 제 1 마스크에 부가하여 트리밍 마스크는 노출대상 표면 위에 투영되며, 구조에 기인한 위상 상충(phase conflict)을 해소한다.
공지의 트리밍 마스크는 크롬 층에 의해 경계지워져 있는 광학적으로 투명한 영역을 가지며 이미 노출된 위상 콘트라스트 라인위에 투영되어 그것을 추가적으로 구조화한다. 크롬 층의 도움으로, 그다지 작지 않아서 정교하지 않은 치수의 다른 구조를 표면상에 노출시키는 것 또한 가능하다. 이렇게 두 개의 마스크를 사용하여 매우 작은 치수적으로 정교한 구조가 더 크고 따라서 덜 정교한 구조와 더불어 투영될 수 있다.
그러나 이 기술은 단점이 있는데, 그것은 구조화된 위상 콘트라스트 라인, 즉, 길이 방향으로 단절된 위상 콘트라스트 라인이, 라인 너비보다 더 큰 거리에 의해 서로 분리된다는 점인데, 이는 트리밍에 쓰이는 크롬 마스크가 위상 마스크만큼 미세한 구조를 만들 수 없기 때문이다.
덧붙여, 위상 마스크를 사용하여 노출된 폐곡선의 위상 콘트라스트 라인은 또다른 위상 마스크를 사용하여 구조화하는 것이 불가능한데, 이는 또다른 위상 마스크가 노출되지 않은 위상 콘트라스트 라인, 즉, 쉐도우 라인을 교차점을 제외한 모든 곳에서 재노출시키고, 따라서 그것들을 제거시킬 수 있기 때문이다.
관련 출원에의 상호참조
본 출원은 1999년 10월 7일자로 출원된 임시출원(provisional application) 제 60/158,193 호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 같은 표면에 투영되도록 서로 연계되어 있는 적어도 두 개의 마스크를 포함하고 있는 마스크 세트(mask set)에 관한 것이다. 제 1 마스크는 투명한 제 1 영역과 제 2 영역을 가지고 있는데, 제 2 영역은 치수적으로 정교한 구조를 만들기 위해 제 1 영역에 대하여 위상 쉬프트를 하며, 제 2 마스크는 추가 구조를 만들기 위해 투명한 영역과 불투명한 영역을 가지고 있다. 본 발명은 또한, 리소그래피적으로 표면을 구조화하기 위한 공정에 관련한 것이다. 이러한 공정에서는, 두 마스크가 표면에 투영되는데, 제 1 마스크위에는 치수적으로 정교한 구조들을 만들기 위하여 투명한 제 1 영역과 제 2 영역이 배열되되, 제 2 영역은 제 1 영역에 대하여 위상 쉬프트를 하며, 제 2 마스크위에는 투명한 영역과 불투명한 영역이 추가 구조를 만들기 위하여 배열된다.
도 1a-1c 는 본 발명에 따라 영역 A,B,C 에서 두 개의 마스크를 이용하여 생성될 세 가지 레지스트 구조의 개략적인 도면이다.
도 2a-2c 는 도 1a-1c 의 영역 A-C 에 대응하는 제 1 마스크의 영역을 보여준다.
도 3a-3c 는 제 2 마스크의 대응하는 영역을 보여준다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 일반적 유형의 트리밍 마스크 장치와 방법의 단점을 극복하는 반투명한(semitransparent) 위상 쉬프트 영역을 가지고 있는 트리밍 마스크를 제공하는 것으로, 이에 따라 라인의 프로파일을 따라서 존재하는 그 너비의 관점에서 아주 미세한 위상 콘트라스트 라인을 정교하게 구조화하는 것이 가능해진다.
전술한 목적 및 다른 목적에 비추어 본 발명에 따라, 제 1 마스크와 제 2 마스크를 포함하는 적어도 두 개의 마스크를 구비하며 같은 표면위에 투영되기 위하여 서로 연계되어 있는 마스크 세트가 제공된다. 제 1 마스크는 투명한 제 1 영역과 제 2 영역을 가지고 있는데, 제 2 영역은 치수적으로 정교한 구조를 만들기 위해 제 1 영역에 대하여 위상 쉬프트를 한다. 제 2 마스크는 추가 구조를 만들기 위한 투명한 영역과 불투명한 영역을 구비하며, 또한 위상 쉬프트 영역을 가지고 있다.
본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 제 2 마스크의 위상 쉬프트 영역은, 제 1 마스크에 의하여 생성된 치수적으로 정교한 구조를 추가적으로 구조화하도록 배열되어 있다.
제 2 마스크가 투명및 불투명 영역에 부가하여 위상 쉬프트 영역을 가지고 있다는 관점에서, 마스크 세트와 관련하여 본 발명의 목적이 달성된다. 위상 쉬프트 영역의 부가에 의해, 첫 번째 노출 중에 만들어진 위상 콘트라스트 라인을 구조화하기 위한 특히 미세한 구조적인 요소가 위상 콘트라스트를 통하여 생성될 수 있다. 이러한 방법에 의해 형성된 라인 섹션은 단지 크롬이 덮인 트리밍 마스크가 사용된 경우보다 훨씬 더 가깝게 서로 배열될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 마스크의 반투명한 위상 쉬프트 영역은 제 1 마스크에 의해 생성된 치수적으로 정교한 구조를 추가적으로 구조화하는 방법으로 배열된다. 바람직하게는, 제 2 마스크는 반투명한 위상 쉬프트 모서리(phase-shifting edge)에 의해 격리된 투명한 영역 및/또는 불투명한 영역을 가지고 있다. 바람직하게는, 반투명한 위상 쉬프트 모서리가 제공되는 제 2 마스크의 투명한 영역중의 일부는 제 1 마스크를 사용하여 생성된 위상 콘트라스트 라인을 단절시키는데 사용된다. 이러한 목적을 위해, 단절이 의도된 모든 곳에서, 그 영역들은 노출된 위상 변화(phase-change) 라인위에 정확히 배열된다.
본 발명의 추가적 실시예에 따르면, 제 2 마스크는 격리된 위상 쉬프트 영역을 가지고 있다. 이러한 위상 쉬프트 영역을 사용함으로써, 비록 추가적으로 구조화되진 못한다 할지라도, 제 1 마스크의 경우에서와 같은 세밀한 위상 콘트라스트 라인을 만드는 것이 가능하다. 위상 쉬프트 모서리를 구비하고 있는 격리된 투명 또는 불투명한 영역 또한 추가 구조를 만들기 위해 마찬가지로 사용될 수 있다.
제 1 마스크는 꼭 위상 구조만을 포함해야만 하는 것이 아니라, 제 2 마스크와 같이 불투명한 영역을 포함할 수도 있다. 제 1 마스크의 위상 쉬프트 영역을 위상 쉬프트를 하지 않는 영역보다 더 깊게 또는 더 얕게 에칭하는 것이 바람직하다. 제 2 마스크의 위상 쉬프트 영역은 바람직하게는 반투명하다. 즉, 그 영역은 입사광의 5%에서 10% 사이를, 바람직하게는 6%를 투과시킨다. 위상 쉬프트 영역에 의하여 생성된 위상 변화가 대략 180°이고 따라서 반파장에 해당되는 것이 바람직하다.
전술한 목적 및 다른 목적에 비추어 본 발명에 따라, 리소그래피적으로 표면을 구조화하는 공정 또한 제공된다. 이 공정은 제 1 마스크와 제 2 마스크를 포함하는 적어도 두 개의 마스크를 표면위에 투영하는 단계를 포함한다. 제 1 마스크는투명한 제 1 영역과 제 2 영역을 가지는데, 제 2 영역은 치수적으로 정교한 구조를 만들기 위해 제 1 영역에 대하여 위상 쉬프트를 한다. 제 2 마스크는 추가적인 구조를 생성하기 위한 투명한 영역과 불투명한 영역을 구비하며, 또한 위상 쉬프트 영역을 갖는다.
투명한 영역 및/또는 불투명한 영역에 부가하여 위상 쉬프트 영역 역시 제 2 마스크상에 구비되어 있다는 점에서 이 공정에 의해 본 발명의 목적이 달성된다. 위상 쉬프트 영역은 투영된 구조의 광 세기에 있어서의 변화율(intensity gradients)의 증가를 야기한다. 이에 따라 훨씬 큰 치수의 구조를 생성하기 위한 통상의 크롬 마스크를 사용한 경우보다 작은 구조의 선명한 투영이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 구현에 따라, 제 2 마스크의 위상 쉬프트 영역은 제 1 마스크에 의해 생성된 치수적으로 정교한 구조를 추가적으로 구조화하도록 배열되고 투영된다. 이 경우, 제 2 마스크에 의하여 더 이상의 변화를 겪지 않아야 하는 영역의 위상 콘트라스트 라인은 크롬 층에 의하여 재노출이 안 되게 보호되어, 제 1 마스크의 잠복 이미지(latent image)의 손실이 방지되며, 생성된 이미지 콘트라스트가 제 2 노출중에 보존된다.
바람직하게, 폐곡선의 위상 콘트라스트 라인이 반투명한 위상 쉬프트 모서리를 갖는 제 2 마스크의 투명한 영역을 통하여 국부적으로 재노출됨으로써 제 2 마스크의 투영에 의해 단절된다. 각각의 라인 섹션들은 공정 윈도우를 크게 희생시키지 않고도 불투명한 크롬 마스크가 사용된 때보다 훨씬 서로 조밀하게 배열될 수 있다.
본 발명의 부수적인 특성에 따르면, 반투명한 위상 쉬프트 모서리를 갖는 제 2 마스크의 투명한 영역을 통하여 위상 콘트라스트 라인을 국부적으로 재노출시키는 공정이 제공된다.
마지막으로, 치수적으로 정교한 폭의 스팬(span)은 포지티브 레지스트(positive resist)내에서 생성된다.
본 발명의 특성으로 여겨지는 다른 특성들은 부가되는 청구항내에 기술될 것이다.
비록 본 발명이 반투명한 위상 쉬프트 영역을 갖는 트리밍 마스크 내에 구체화되어 있는 것으로 이 명세서에서 예시되고 묘사되고 있음에도 불구하고, 본 발명이 기술된 상세한 설명에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 왜냐하면 상세한 설명에 대한 다양한 수정과 구조적인 변화가 본 발명의 정신을 벗어남이 없이 본 청구항의 균등론적인 범위와 범주내에서 이루어질 수 있기 때문이다.
그러나, 이하 첨부 도면과 관련하여 기술되는 특정 실시예의 설명으로부터 부가적인 목적및 장점과 함께 본 발명의 구조와 작동 방법이 가장 잘 이해될 수 있다.
도면의 모든 도에 있어서, 서로 대응하는 부재와 전체 부분은 각각의 경우에 같은 참조 부호를 갖는다. 이제 도면, 특히 도 1a 를 상세히 우선적으로 참조하면, 영역 A 에는 서로 조밀하게 배열되어 있는 라인 섹션으로 구성되어 있는 구조가 도시되어 있는데, 그 구조는 도 2a 의 제 1 마스크상의 영역 A (영역 A 내의 크롬이 없는 위상 마스크 및 영역 B 내에 부가적인 크롬이 덮인 영역을 구비하고 있음)와 도 3a-3c 에 도시된 제 2 마스크(멀티-톤(tone) 위상 마스크)를 결합함으로써 형성될 수 있다. 게다가, 도 1b 에 도시된 영역 B 내의 레지스트 구조는 단지 제 2 마스크(도 3b 의 영역 B)를 사용함으로써 형성될 수 있고, 도 1c 에 도시된 영역 C 내의 레지스트 구조는 단지 제 1 마스크(도 2c 의 영역 C)를 사용함으로써 형성될 수 있다. 도 2b 의 영역 B 와 도 3c 의 영역 C 는 불투명하다.
제 1 마스크의 영역 A 내의 구조는 크롬이 없는 주변 환경안에서 180 도 위상 쉬프트를 하는 크롬이 없는 표면으로 구성되므로, 투영에 의해 다크 프레임 구조(dark frame structure)가 생성되며, 이 구조의 수직 방향의 라인은 트리밍 마스크에 의하여 추가적으로 구조화된다.
이러한 라인은 또한 개개의 라인 섹션 (3) 으로 나누어질 필요가 있다. 이를 위하여, 각각의 투명한 개구 (6) 가 중심적으로 각각의 라인 (3) 중의 하나를 재노출시키도록 도 3a 의 제 2 마스크의 영역 A 가 다섯 개의 라인의 윤곽위에 투영된다. 본 발명에 따르면, 제 2 마스크는 영역 A 내의 투명한 영역 주위에 위상을 쉬프트하는 바람직하게는 반투명한 프레임 구조 (6) 을 가진다. 이에 따라, 도 1a 의 영역 A 내의 라인 섹션의 수직 경계에 에어 이미지(air image)의 특히 뚜렷한 광 세기 프로파일(intensity profile)이 생성되며, 라인 섹션 3 은 또한 노출 공정을 위한 공정 윈도우를 감소시킬 필요없이 수직 방향으로 서로 매우 가깝게 배열될 수 있다.
나머지 라인 섹션 (3) 은 제 2 마스크를 통한 노출 공정중에 불투명한 층, 예를 들면 크롬 층 (5) 에 의하여 덮인다.
또한, 도 1b 의 영역 B (수평의 레지스트 스팬)는 도 3b 의 마스크 영역 B 의 구조를 이용하여 구현될 수 있다. 도 1c 의 영역 C 는 도 2c 의 마스크 영역 C (180°위상 쉬프트되는 크롬이 없는 구조로 도 2c 에서 구성되어 있음) 내의 구조를 이용하여 단일 노출에서와 같은 방법으로 구현될 수 있다. 각각의 다른 마스크는 상응하는 영역에서 불투명하다.
도 1b 의 영역 B 내에는 투영에 사용되는 광의 파장의 영역내에 있거나 그 파장보다 큰 구조가 만들어진다. 도 1c 의 영역 C 내에서는 광 파장보다 작지만, 한 번의 노출 공정중에 완전히 투영이 가능한 레지스트 구조가 만들어진다. 마찬가지로 광 파장보다 작은 도 1a 의 영역 A 내의 구조는, 도 2a 의 영역 A 의 크롬이 없는 위상 영역의 노출 부분에 본 발명에 따른 트리밍 멀티-톤 위상 마스크의 영역 A (도 3a)를 중첩시켜야만 만들 수 있다.
당업자의 지식과 기술을 활용함으로써 상기 설명된 것과 다르게 본 발명을 구현할 수 있다.

Claims (16)

  1. 같은 표면위에 투영되도록 서로 연계되어 있는 제 1 마스크와 제 2 마스크를 포함하는 적어도 두 개의 마스크를 포함하되,
    상기 제 1 마스크는 투명한 제 1 영역과 제 2 영역을 가지고 있으며, 상기 제 2 영역은 치수적으로 정교한 구조를 만들기 위해 상기 제 1 영역에 대하여 위상 쉬프트를 하며, 상기 제 2 마스크는 추가 구조를 만들기 위한 투명한 영역과 불투명한 영역을 구비하며 또한 위상 쉬프트 영역을 갖는
    마스크 세트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크의 상기 위상 쉬프트 영역이 상기 제 1 마스크에 의하여 생성된 치수적으로 정교한 상기 구조의 추가적인 구조화를 위하여 배열되어 있는
    마스크 세트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크가 반투명한 위상 쉬프트 모서리를 갖고 있는 투명한 영역과 상기 반투명한 위상 쉬프트 모서리를 가지고 있는 불투명한 영역으로 구성된 그룹으로부터 선택된 격리된 영역을 갖는
    마스크 세트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크가 위상 콘트라스트 라인을 생성하고, 상기 반투명한 위상 쉬프트 모서리를 갖고 있는 상기 투명한 영역은 상기 제 1 마스크를 사용하여 생성된 상기 위상 콘트라스트 라인을 단절하기 위하여 상기 제 2 마스크 위에 배열되어 있는
    마스크 세트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크가 격리된 위상 쉬프트 영역을 갖는
    마스크 세트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크가 불투명한 영역을 갖는
    마스크 세트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크의 상기 제 2 영역이 상기 투명한 제 1 영역보다 더 깊게 에칭되어 있는
    마스크 세트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크의 상기 위상 쉬프트 영역이 반투명한 영역인
    마스크 세트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 마스크의 상기 위상 쉬프트 영역이 입사광의 5% 에서 10% 사이의 양을 투과시키는
    마스크 세트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 쉬프트 영역은 대략 180°의 위상 쉬프트를 만드는
    마스크 세트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크의 상기 제 2 영역은 상기 투명한 제 1 영역보다 더 얕게 에칭되어 있는
    마스크 세트.
  12. 리소그래피적으로 표면을 구조화하는 공정에 있어서,
    제 1 마스크와 제 2 마스크를 포함하는 적어도 두 개의 마스크를 상기 표면위에 투영하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 마스크는 투명한 제 1 영역과 제 2 영역을 가지며, 상기 제 2 영역은 치수적으로 정교한 구조를 만들기 위해 상기 제 1 영역에 대하여 위상 쉬프트를 하며, 상기 제 2 마스크는 추가적인 구조를 생성하기 위한 투명한 영역과 불투명한 영역을 가지며 또한 위상 쉬프트 영역을 갖는
    공정.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크에 의해 생성된 치수적으로 정교한 상기 구조를 추가적으로 구조화하기 위해 상기 제 2 마스크의 상기 위상 쉬프트 영역을 정렬하고 투영하는 단계를 포함하는
    공정.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 마스크에 의해 폐곡선의 위상 콘트라스트 라인을 형성하는 단계와 상기 제 2 마스크의 투영에 의해 상기 폐곡선의 위상 콘트라스트 라인을 단절하는 단계를 포함하는
    공정.
  15. 제 14 항에 있어서,
    반투명한 위상 쉬프트 모서리를 구비하는 상기 제 2 마스크의 상기 투명한 영역을 통하여 국부적으로 상기 위상 콘트라스트 라인을 재노출시키는 단계를 포함하는
    공정.
  16. 제 12 항에 있어서,
    포지티브 레지스트내에 치수적으로 정교한 폭의 스팬(span)을 생성하는 단계를 포함하는
    공정.
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