KR20020090348A

KR20020090348A - 위상편이마스크 및 그 설계방법

Info

Publication number: KR20020090348A
Application number: KR1020020029026A
Authority: KR
Inventors: 다나카사쓰키
Original assignee: 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2002-12-02
Also published as: US20020177050A1; JP2002351046A

Abstract

복수의 주패턴들이 소정의 피치(P)로 배치된 후에, 각 주패턴들이 소정의 리사이즈양(Δ)만큼 확대되어 가상영역들을 형성한다. 가상영역들이 겹쳐지는 부분을 갖는 다면, 그 겹쳐지는 부분은 가상영역들 사이에 배치되고, 노광광에 대하여 소정의 투과율(T)을 갖는 하프톤영역형성부로서 설정된다. 리사이즈양(Δ) 및 투과율(T)은, 소정의 레지스트막에 주패턴들의 전사된 크기가 소정의 노출조건하에서 피치(P)의 변화에 따라 소망의 범위 내로 안정되도록 설정된다.

Description

위상편이마스크 및 그 설계방법{Phase shift mask and design method therefor}

본 발명은, 반도체집적회로장치(LSI)를 위한 하나의 제조공정으로서 리소그래피공정에서 사용되는 위상편이마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하프톤영역(half tone region), 보조패턴영역 또는 그 둘 모두를 포함하는 위상편이마스크 및 위상편이마스크의 설계방법에 관한 것이다.

최근에 LSI에서, 반도체장치들의 동작속도 및 집적도가 증가되기 때문에, 반도체장치들을 구성하는 층들에 다른 형태의 패턴들을 최소화하는 것이 요구된다. 설계룰(design rule)은 최근 노광광의 파장(노광파장)의 대략 절반까지 감소되었기 때문에, 종래의 노광방법에서 포토마스크를 이용하여 레지스트막에 노광파장의 절반이하의 크기를 갖는 패턴을 전사(轉寫)하여 형성하는 것은 극히 어렵다. 그래서, 다른 방법들이 개발되고, 그 방법들 중 일부는 실제로 사용된다.

다른 배치피치들을 갖는 접촉홀들 및 바이아홀들(via holes)(이하에서 간단히 "홀들"이라 함)이 포토마스크를 사용하여 포토리소그래피공정에서 반도체기판(웨이퍼)상에 형성될 때, 광학적 근접효과보정(optical proximity correction; OPC)처리를 적용하는 것이 잘 알려져 있다. "OPC처리"는 웨이퍼상의 레지스트막에 전사되어 형성될 패턴(이하에서 전사패턴이라 함)이, 전사패턴이 원래 패턴의 치수와 모양과는 다른 치수와 모양을 갖는 다는 사실을 고려하면서 소망의 치수 및 모양을 갖도록 마스크를 설계할 때 마스크상의 패턴의 치수 및 모양을 미리 보정하는 처리를 의미한다.

일반적으로, OPC처리가 마스크에 위치된 각각의 홀형성패턴들에 대하여 수행될 때, 이웃하는 홀형성패턴과의 거리가 계산되고, 그 거리에 기초하여 홀형성의 치수 및 모양의 보정이 필요한지가 결정된다. 홀형성패턴들 중 일부에 대해 보정이 필요하다고 결정되면, 홀형성패턴들의 치수는, 홀형성패턴들 사이의 거리와 미리 설정된 보정량과의 관계에 기초하여 변화되고 조정된다.

홀형성패턴(원래 패턴)의 치수를 조정하는 이 방법이외에, 역위상을 갖는 투과광의 간섭현상을 사용하는 방법이 있다. 이 방법을 사용하는 포토마스크는 "위상편이마스크"로 알려져 있다. 이 위상편이마스크는, 투과광의 위상차를 이용하여 노광파장에 의존하는 제조한계(해상력) 및 포토리소그래피의 촛점심도를 노광 파장의 변화없이 증가시킨다. 위상편이마스크에는 하프톤형, 레벤슨형(levenson type), 보상패턴형(auxiliary pattern type), 에지강조형(edge enhancement type) 및 무크롬형(chromeless type) 등이 있다.

하프톤형 위상편이마스크는 위산편이마스크의 한 형태로서, 노광광을 약간 투과시키는 하프톤막(하프톤영역)은 광이 완전하게 차단되는 영역상에 형성된다. 이 형태의 위상편이마스크는 하프톤영역을 통과한 노광광과 투광영역(주패턴형성용 투광영역)을 통과한 노광광과는 약 180°의 위상차가 발생되고, 이것에 의해 하프톤영역과 주패턴형성용 투광영역 사이의 주변부에서의 투과광강도의 비율이 증가하여 높은 콘트라스트를 갖는 투과광강도분포를 얻을 수 있다. 이렇게, 주패턴형성용 투광영역을 통과하는 노광광의 회절영향은 완화되거나 제거되어, 해상력 및 촛점심도는 노광파장의 변화없이 증가된다.

주패턴형성용 투광영역 주변의 투과광강도를 감소시키는 하프톤영역의 작용을 OPC처리에 적용시키는 것이 본 출원인의 일본 특허출원 H12-303844(비공개)에 제안되었다. 이 제안에서, 하프톤영역은 홀형성패턴 주변에 위치되어 웨이퍼상에 전사패턴의 치수를 보정한다. 이 제안에서, 하프톤영역의 폭은, OPC처리에서 수행되는 일반적인 방법들에서와 같이, 다른 인접한 홀형성패턴과의 거리에 기초하여 결정된다.

하프톤형 위상편이마스크이외에, 홀형성패턴의 촛점심도를 확장하는 것으로,보조패턴형 위상편이마스크가 효과적이라고 알려져 있다. 이 마스크에 미세한 보조패턴이 홀형성패턴의 주변에 부가된다. 보조패턴은 웨이퍼에 전사되지 않도록 해상한계보다 작게 형성된다.

보조패턴형 위상편이마스크는, 특히 윤대조명(zonal illumination)과 같은 사입사조명(oblique incident illumination)과 결합될 때 촛점심도확장효과가 제공된다. 사입사조명은 포토마스크의 조명으로 사입사광만을 사용하고, 0차 회절광과 1차회절광 또는 -1차회절광을 포함하는 두개의 광선들을 사용하여 웨이퍼상에 레지스트막의 이미지를 형성한다. 즉, "2광선 간섭이미지" 원칙이 사용된다. 1차회절광 및 -1회절광 중 어느 하나가 사용되기 때문에, 포토마스크에 대한 입사광의 각도는 이등분되고 따라서, 촛점위치가 변할 때 이미지흐림은 억제된다.

일반적으로, 포토마스크의 수직입사조명성분을 제거하여 사입사조명을 실현하기 위하여 특수모양의 조리개가 플라이아이렌즈(fly eye lens)의 촛점위치에 마련된다. 플라이아이렌즈의 중앙부근의 눈들로부터 발생하는 조명광은 포토마스크에 수직적으로 진입하고, 플라이아이렌즈의 주변부의 눈들부터 발생한 광선은 경사지게 포토마스크에 진입한다. 특수모양의 조리개는 플라이아이렌즈의 중앙 주변의 눈들을 덮을 때, 포토마스크에 사선으로 입사하는 조명광선이 얻어져 사입사조명이 실현된다.

사입사광은, 조리개의 모양에 따라 윤대조명(고리모양의 조리개), 4점조명(주변에 4개의 개구들을 갖는 조리개), 2점조명(주변에 2개의 개구를 갖는 조리개)으로 분류된다.

사입사조명에 대하여 홀형성패턴이 밀하게 위치될 때, 즉 홀형성패턴의 배치피치가 작을 때, 촛점심도확장효과는 현저하다는 것이 알려져 있다. 따라서, 사입사조명과 결합되는 보정패턴의 위치가 중요하다.

홀형성패턴의 배치피치가 사입사조명에서의 노광광의 파장(λ)의 1.2∼1.6배일 때 촛점심도확장효과가 얻어진다. 배치피치가 파장(λ)의 1.6배 이상이면, 사용되지 않는 1차회절광 또는 -1회절광이 다시 투영렌즈를 통과하기 때문에 촛점심도는 확장되지 않는다. 한계해상이 촛점심도확장효과를 제공하는 하한을 결정하지만, 파장(λ)이하의 피치는, 너무 작기 때문에 배치피치가 해상한계를 초과하게 되어 바람직하지 않다. 따라서, 보정패턴 및 홀형성패턴(주패턴)의 배치피치는 파장(λ)의 1.2∼1.6배인 것이 바람직하다.

예를 들면, KrF엑시머레이저광이 노광광으로 사용될 때, 노광파장은 λ=0.248㎛이기 때문에, 보정패턴 및 홀형성패턴(주패턴)의 배치피치는 약 0.3∼0.4㎛로 설정된다.

앞서 설명된 종래의 하프톤형 위상편이마스크(일본 특허출원 H12-303844포함)에서, 하프톤영역의 폭은 이웃하는 다른 홀형성패턴과의 거리에 기초하여 결정된다. 즉, 보정될 주팬턴(홀형성패턴)으로부터 얼마나 떨어져 다른 주패턴(다른 홀형성패턴)이 존재하는 지가 조사되고, 하프톤영역의 폭은 이렇게 얻어진 거리에 기초하여 결정된다. 따라서, 하프톤영역의 폭을 결정하는 데 오랜 시간이 걸린다는 것이 문제이다.

마스크의 주패턴(홀형성패턴)의 배치피치가 작으면, 웨이퍼의 전사패턴의 치수가 소망의 값보다 꽤 커지고, 이웃하는 전사패턴이 서로 접하게 될 수도 있다는 문제가 있다.

한편, 앞서 설명한 종래의 보정패턴형 위상편이마스크에서 마스크의 주패턴(홀형성패턴)의 배치피치가 작으면, 촛점심도확장효과가 현저하게 되지만, 광위치에 보정패턴을 위치시켜야만 한다. 여기에는, 광위치를 아는 것은 쉽지 않다는 것이 문제이다.

본 발명의 목적은, 하프톤영역 및 보정패턴을 포함하는 위상편이마스크를 쉽게 제조하는 위상편이마스크 및 위상편이마스크의 설계방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 하프톤영역 및 보정영역을 설계를 위한 필요시간을 줄일 수 있는 위상편이마스크 및 위상편이마스크의 설계방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 소정의 피치로 마스크에 배치된 원패턴에 대응하는 전사패턴으로서, 웨이퍼에 전사되는 전사패턴의 변형을 효과적으로 억제하는 위상편이마스크 및 위상편이마스크의 설계방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 촛점심도확장효과를 확실하게 제공하는 위상편이마스크 및 위상편이마스크의 설계방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크의 설계방법을 보여주는 개념도이고,

도 2a 및 2b는 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크로서, 도 1에서 보여준 설계방법을 이용하여 형성된 마스크를 보여주는 평면도 및 단면도이고,

도 3은 종래의 통상의 마스크와 종래의 하프톤형 위상편이마스크에 대하여, 홀형성패턴의 배치피치와 전사홀치수의 일반적인 관계를 보여주는 그래프이고,

도 4a, 4b 및 4c는 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크에서, 홀형성패턴들의 리사이즈양에 따라 가상영역들의 겹침상태의 변화를 보여주는 개념도들이고,

도 5a, 5b 및 5c는 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크에서, 홀형성패턴들의 피치에 따라 가상영역들의 겹침상태의 변화를 보여주는 개념도들이고,

도 6은, 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크, 종래의 통상의 마스크 및 종래의 하프톤형 위상편이마스크에 대하여, 실제 측정을 기초한 전사홀치수와 홀형성패턴의 배치피치의 관계를 보여주는 그래프이고,

도 7a 및 7b는 본 발명의 제2실시예의 보정패턴형 위상편이마스크의 설계방법을 보여주는 개념도들이고,

도 8a 및 8b는 본 발명의 제2실시예의 보정패턴형 위상편이마스크로서, 도 7a 및 7b에서 보여준 설계방법을 이용하여 형성된 마스크를 보여주는 평면도 및 단면도들이고,

도 9a 및 9b는 본 발명의 제3실시예의 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크의 설계방법을 보여주는 개념도들이고,

도 10a 및 10b는 본 발명의 제3실시예의 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크로서, 도 9a 및 9b에서 보여준 설계방법을 이용하여 형성된 마스크를 보여주는 평면도 및 단면도들이고,

도 11은, 본 발명의 제3실시예의 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크 및 종래의 하프톤형 위상편이마스크에 대하여, 실제 측정을 기초한 전사홀치수와 홀형성패턴의 배치피치의 관계를 보여주는 그래프이고, 및

도 12는, 본 발명의 제3실시예의 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크, 종래의 통상의 마스크 및 종래의 하프톤형 위상편이마스크에 대하여, 실제 측정을 기초한 콘트라스트와 촛점위치의 관계를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1a, 1b, 21, 21a, 21b : 홀형성패턴

2a, 2b : 가상영역3, 24 : 하프톤영역형성부

10, 30, 40 : 위상편이마스크

11a, 11b, 31, 41a, 41b : 홀형성투광영역

12, 42 : 하프톤영역14, 34, 44 : 차광영역

22, 22a, 22b : 제1가상영역23, 23a, 23b : 제2가상영역

25, 25a : 보조패턴영역형성부33, 43 : 보조패턴영역

101, 111, 121 : 투명기판 102, 112, 122 : 하프톤막

103, 113, 123 : 차광막

102a, 102b, 112a, 122a, 122b : 하프톤막의 개구

103a, 103b, 103c, 113a, 113b, 123a, 123b, 123c, 123d : 차광막의 개구

114, 124 : 투명막

114a, 124a, 124b : 투명막의 개구

P : 홀형성패턴(홀형성투광영역)의 배치피치

Δ, Δ1, Δ2 : 홀형성패턴의 리사이즈양

본 발명의 제1양태에 따른 위상편이마스크의 설계방법은, 소정의 피치로 복수의 주패턴들을 배치시키는 단계; 각 주패턴들을 소정의 리사이즈양만큼 확대하여 가상영역들을 형성하는 단계; 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분를 가질 때, 그두 가상영역들 사이에 중복부분이 배치되고, 중복부분을 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 하프톤영역형성부로서 설정하는 단계; 및, 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 갖지 않을 때, 하프톤영역형성부는 존재하지 않도록 설정하는 단계를 포함한다. 리사이즈양 및 투과율은, 소정의 레지스트막에 주패턴들의 전사크기가 소정의 노광조건 하에서 피치의 변화에 따라 소망의 범위내로 안정되도록 설정된다.

본 발명의 제1양태에 관한 위상편이마스크의 설계방법에서, 복수의 주패턴들 각각이 소정의 리사이즈양만큼 확대되어 가상영역들을 형성한다. 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분를 가질 때, 중복부분은 그 두 가상영역들 사이에 중복부분이 배치되고, 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 하프톤영역형성부로서 설정한다. 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 갖지 않을 때, 하프톤영역형성부는 존재하지 않도록 설정한다. 리사이즈양 및 투과율은, 소정의 레지스트막에 주패턴들의 전사크기가 소정의 노광조건 하에서 피치의 변화에 따라 소망의 범위내로 안정되도록 설정된다.

그 결과, 하프톤영역형성부(즉, 마스크의 하프톤영역)가 바로 설정될 수 있다. 그리하여, 마스크에 하프톤영역을 설정하는 데 필요한 시간이 감소될 수 있고, 다시 말하면, 이 형태의 위상편이마스크는 종래의 제조에서보다 쉽게 제조된다.

또한, 설계는 방법으로 수행되기 때문에, 소정의 피치로 마스크에 위치된 복수의 주패턴들(원패턴들)에 대응하는 웨이퍼에 주사된 주사패턴들의 변형이 효과적으로 억제된다.

본 발명의 제1양태의 위상편이마스크의 설계방법에서의 바람직한 실시예에 따르면, 리사이즈양 및 투과율은, 피치의 변화에 따르는 레지스트막상의 주패턴의 전사치수의 변동이 대략 최소가 되도록 설정된다.

본 발명의 제1양태의 위상편이마스크의 설계방법에서의 바람직한 실시예에 따르면, 하프톤영역형성부는, 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치된다.

본 발명의 제2양태의 위상편이마스크는 본 발명의 제1양태의 위상편이마스크의 제조방법을 사용하여 제조된다. 본 발명의 제2양태의 위상편이마스크는 소정의 피치로 기판의 표면에 형성된 복수의 주패턴형성투광영역들; 기판의 표면에, 이웃하는 두 주패턴형성투광영역들 사이에 형성되는 하프톤영역; 및 기판의 표면에, 주패턴형성투광영역들 및 하프톤영역 이외부분에 형성되는 차광영역을 포함한다. 하프톤영역은, 하프톤영역을 통과한 노광광이 주패턴형성투광영역들을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖는다. 하프톤영역의 위치, 모양 및 크기는, 각각의 주패턴형성투광영역들을 소정의 리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 가상영역들이 서로 겹쳐지는 부분의 위치, 모양 및 크기와 동일하다.

그 결과, 하프톤영역형성부가 바로 설정될 수 있다. 그리하여, 마스크에 하프톤영역을 설정하는 데 필요한 시간이 감소될 수 있고, 다시 말하면, 이 형태의 위상편이마스크는 종래의 제조에서보다 쉽게 제조된다.

또한, 상기의 구성으로 인하여, 소정의 피치로 마스크에 위치된 복수의 주패턴들(원패턴들)에 대응하는 웨이퍼에 주사된 주사패턴들의 변형이 효과적으로 억제된다.

본 발명의 제2양태의 위상편이마스크의 바람직한 실시예에 따르면, 위상편이마스크는, 기판의 표면에 형성된 하프톤막; 및 하프톤막상에 형성된 차광막을 더 포함하고, 하프톤영역은 차광막에 형성된 제1개구에 의해 정해지고, 주패턴형성투광영역들은 차광막에 형성된 제2개구들 및 하프톤막에 형성된 개구들에 의해 정해진다.

본 발명의 본 양태의 위상편이마스크의 바람직한 실시예에 따르면, 하프톤영역은 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치될 수도 있다.

본 발명의 제3양태에 관한 위상편이마스크의 설계방법은, 주패턴을 배치하는 단계; 주패턴을 소정의 제1리사이즈양만큼 확대하여 제1가상영역을 형성하는 단계; 주패턴을 소정의 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대하여 제2가상영역을 형성하는 단계; 및 제2가상영역과 제1가상영역 사이의 부분을 소정의 투과율을 갖는 보정패턴형성부로 설정하는 단계를 포함한다. 제1리사이즈양 및 제2리사이즈양은, 소망의 노광조건 하의 노광광에 대하여 소망의 촛점심도확장효과가 얻어지도록 설정된다.

본 발명의 제3양태에 관한 위상편이마스크의 설계방법에서, 주패턴이 배치된 후에, 주패턴이 소정의 제1리사이즈양만큼 확대되어 제1가상영역을 형성하고, 주패턴이 소정의 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대되여 제2가상영역을 형성한다. 제2가상영역과 제1가상영역 사이의 부분이 소정의 투과율을 갖는 보정패턴형성부로 설정된다. 제1리사이즈양 및 제2리사이즈양은, 소망의 노광조건 하의 노광광에 대하여 소망의 촛점심도확장효과가 얻어지도록 설정된다.

그 결과, 보정패턴형성부(즉, 마스크의 보정패턴영역)가 바로 설정될 수 있다. 그리하여, 마스크에 보정패턴영역을 설정하는 데 필요한 시간이 감소될 수 있고, 다시 말하면, 이 형태의 위상편이마스크는 종래의 제조에서보다 쉽게 제조된다.

앞서 설명한 바와 같이 설계가 수행되기 때문에, 촛점심도확장효과가 확실하게 제공된다.

본 발명의 제3양태의 위상편이마스크의 설계방법에서의 바람직한 실시예에 따르면, 보정패턴형성부는 주패턴과 동심의 고리모양으로 형성된다.

본 발명의 제4양태에 관한 위상편이마스크는 본 발명의 제3양태의 위상편이마스크의 설계방법을 사용하여 제조된다.

본 발명의 제4양태의 위상편이마스크는, 기판의 표면에 형성된 주패턴형성투광영역; 기판의 표면에 주패턴형성투광영역 주변에 형성된 고리모양의 보정패턴영역; 및 주패턴형성투광영역 및 보정패턴영역 이외의 부분에 형성된 차광영역을 포함한다. 보정패턴영역은, 보정패턴영역을 통과한 노광광이 투광영역을 형성하는 주패턴을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖는다.

보정패턴영역의 위치, 모양 및 크기는, 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양만큼 확대하여 얻어진 제1가상영역과, 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 제2가상영역들의 사이 부분의 위치, 모양및 크기와 각각 동일하다.

그 결과, 보정패턴형성부가 바로 설정될 수 있다. 그리하여, 마스크에 보정패턴영역을 설정하는 데 필요한 시간이 감소될 수 있고, 다시 말하면, 이 형태의 위상편이마스크는 종래의 제조에서보다 쉽게 제조된다.

본 발명의 제4양태의 위상편이마스크의 바람직한 실시예에 따르면, 위상편이마스크는, 기판의 표면에 형성된 하프톤막; 하프톤막상에 형성된 투명막; 및 투명막에 형성된 차광막을 더 포함하고, 보정패턴영역은 차광막에 형성된 제1개구들에 의해 정해지고, 주패턴형성투광영역들은 차광막에 형성된 제2개구 및 하프톤막에 형성된 개구에 의해 정해진다.

본 발명의 제5양태에 관한 위상편이마스크의 설계방법은, 소정의 피치로 복수의 주패턴들을 배치시키는 단계; 복수의 주패턴들 각각을 소정의 제1리사이즈양만큼 확대하여 제1가상영역들을 형성하는 단계; 복수의 주패턴들 각각을 소정의 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대하여 제2가상영역들을 형성하는 단계; 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 가질 때, 그 두 제1가상영역들 사이에 중복부분을 배치하고, 중복부분을 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 하프톤영역형성부로서 설정하는 단계; 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 갖지 않을 때, 하프톤영역형성부는 존재하지 않도록 설정하는 단계; 및 두 제2가상영역들이 이들에 대응하는 두 제1가상영역들을 둘러싸는 부분을, 소정의 투과율을 갖는 보정패턴형성부로서 설정하는 단계를 포함한다. 하프톤영역형성부의 제1리사이즈양 및 투과율은, 소정의 레지스트막에 주패턴들의 전사크기가 소정의 노광조건 하에서 피치의 변화에 따라 소망의 범위내로 안정되도록 설정되고, 제2리사이즈양은, 소정의 노광조건하의 노광광에 대하여 소망의 촛점심도확장효과가 얻어지도록 설정된다.

본 발명의 제5양태에 관한 위상편이마스크의 설계방법에서, 복수의 주패턴들이 소정의 피치로 배치된 후에, 각 주패턴들이 소정의 제1리사이즈양만큼 확대되어 제1가상영역들이 형성된다. 각 주패턴들이 소정의 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대되어 제2가상영역들이 형성된다. 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 가질 때, 중복부분은 두 제1가상영역들 사이에 배치되고, 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 하프톤영역형성부로서 설정된다. 두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 갖지 않을 때, 하프톤영역형성부는 존재하지 않도록 설정된다. 두 제2가상영역들이 이들에 대응하는 두 제1가상영역들을 둘러싸는 부분은 소정의 투과율을 갖는 보정패턴형성부로서 설정된다.

하프톤영역형성부의 제1리사이즈양 및 투과율은, 소정의 레지스트막에 주패턴들의 전사크기가 소정의 노광조건 하에서 피치의 변화에 따라 소망의 범위내로 안정되도록 설정된다. 제2리사이즈양은, 소정의 노광조건하의 노광광에 대하여 소망의 촛점심도확장효과가 얻어지도록 설정된다.

그 결과, 하프톤영역형성부 및 보정패턴형성부(즉, 마스크의 하프톤영역 및 보정패턴영역)가 바로 설정될 수 있다. 그리하여, 마스크에 하프톤영역형성부 및 보정패턴영역을 설정하는 데 필요한 시간이 감소될 수 있고, 다시 말하면, 이 형태의 위상편이마스크는 종래의 제조에서보다 쉽게 제조된다.

앞서 설명한 바와 같이 설계가 수행되기 때문에, 소정의 피치로 마스크에 배치된 복수의 주패턴들(원패턴들)에 해당하는 웨이퍼상에 전사된 전사패턴들의 변형은 효과적으로 억제되고, 촛점심도확장효과는 확실하게 제공된다.

본 발명의 제5양태의 위상편이마스크의 설계방법의 바람직한 실시예에 따르면, 하프톤영역형성부의 제1리사이즈양 및 투과율은, 피치의 변화에 따르는 레지스트막상의 주패턴들의 전사치수의 변동이 대략 최소가 되도록 설정된다.

본 발명의 제5양태의 위상편이마스크의 설계방법의 바람직한 실시예에 따르면, 하프톤영역형성부는, 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치된다.

본 발명의 제5양태의 위상편이마스크의 설계방법의 바람직한 실시예에 따르면, 보정패턴형성부는 주패턴과 동심의 고리모양으로 형성된다.

본 발명의 제5양태의 위상편이마스크는, 소정의 피치로 기판의 표면에 형성된 복수의 주패턴형성투광영역들; 기판의 표면에, 이웃하는 두 주패턴형성투광영역들 사이에 형성되는 하프톤영역; 기판의 표면에 이웃하는 두 주패턴형성투광영역들 주위에 형성된 고리모양의 보정패턴영역; 및 기판의 표면에, 주패턴형성투광영역들, 하프톤영역 및 보정패턴영역 이외부분에 형성되는 차광영역을 포함한다. 하프톤영역은, 하프톤영역을 통과한 노광광이 주패턴형성투광영역들을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖고, 하프톤영역의 위치, 모양 및 크기는, 각각의 주패턴형성투광영역들을 소정의 리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 가상영역들이 서로 겹쳐지는 영역의 위치, 모양 및 크기와 동일하고, 보정패턴영역은, 보정패턴영역을 통과한 노광광이 주패턴형성투광영역들을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖고, 보정패턴영역의 위치, 모양 및 크기는, 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양만큼 확대하여 얻어진 제1가상영역과, 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 제2가상영역들의 사이 영역의 위치, 모양 및 크기와 동일하다.

본 발명의 제6양태에 관한 위상편이마스크는 본 발명의 제5양태의 위상편이마스크의 설계방법을 사용하여 제조된다.

본 발명의 제6양태의 위상편이마스크는 본 발명의 제2양태의 위상편이마스크와 본 발명의 제4양태의 위상편이마스크의 결합에 해당한다. 그 결과, 하프톤영역형성부 및 보정패턴형성부(즉, 마스크의 하프톤영역 및 보정패턴영역)가 바로 설정될 수 있다. 그리하여, 마스크에 하프톤영역형성부 및 보정패턴영역을 설정하는 데 필요한 시간이 감소될 수 있고, 다시 말하면, 이 형태의 위상편이마스크는 종래의 제조에서보다 쉽게 제조된다.

본 발명의 제6양태의 위상편이마스크의 바람직한 실시예에 따르면, 위상편이마스크는, 기판의 표면에 형성된 하프톤막; 하프톤막상에 형성된 투명막; 및 투명막에 형성된 차광막을 더 포함하고, 하프톤영역은 차광막에 형성된 제1개구 및 투명막에 형성된 제1개구에 의해 정해지고, 보정패턴영역은 차광막에 형성된 제2개구들에 의해 정해지고, 주패턴형성투광영역들은 차광막에 형성된 제3개구들, 투명막에 형성된 제2개구들 및 하프톤막에 형성된 개구들에 의해 정해진다.

본 발명의 제6양태의 위상편이마스크의 바람직한 실시예에 따르면, 하프톤영역은, 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치된다.

본 발명에서, 하프톤영역은 노광광의 일부를 투과시키는 영역(소위 반투명영역)이고, 노광광에 대한 투과율이 주패턴형성투광영역에서보다 낮으면 충분하다. 투과율이 약 50%일 필요는 없다. 하프톤영역의 투과율은 하프톤영역이 소망의 특징을 제공하는 적정한 값으로 설정된다.

보정패턴영역은 노광광의 일부를 투과시키는 영역(소위 반투명영역)이고, 노광광에 대한 투과율이 주패턴형성투광영역에서보다 낮으면 충분하다. 보정패턴영역의 투과율은 보정패턴영역이 소망의 특징을 제공하는 적정한 값으로 설정된다.

이하 부분에서 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

제1실시예의 마스크의 구성

도 1은 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크의 설계방법을 보여주는 개념도들이고, 도 2a 및 2b는 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크를 보여주는 평면도 및 단면도를 각각 보여준다. 이 마스크(10)는, 도 1에서 보여준 바와 같이, 웨이퍼에 피치(P)로 배치된 두 개의 정사각형 홀형성패턴들(1a 및1b)을 전사하여 형성하기 위하여 사용된다. 홀형성패턴들(1a 및 1b)은 동일한 모양 및 치수를 갖는다.

도 2a 및 2b에서, 본 발명의 위상편이마스크(10)는 투명기판(101)상에, 피치(P)로 배치된 두 개의 정사각형의 홀형성투광영역들(11a 및 11b), 투광영역들(11a 및 11b) 사이에 배치된 띠모양(긴 직사각형)의 하프톤영역(12), 투광영역들(11a 및 11b) 및 하프톤영역(12)의 주변을 덮는 차광영역(14)을 포함한다. 차광영역(14)은, 투광영역들(11a 및 11b)과 하프톤영역(12) 이외의 부분에 형성된다.

두 개의 투광영역들(11a 및 11b)은 반도체집적회로장치(LSI)에서 접촉홀 또는 바이어홀을 형성하는 패턴을 웨이퍼의 포토레지스트막상에 전사하여 형성하는 데 사용된다. 투광영역들(11a 및 11b)은 소정의 노광광에 대하여 거의 100%의 투과율을 갖는다.

하프톤영역(12)은 투광영역들(11a 및 11b)의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 확대된다. 하프톤영역(12)은 그것을 통과하는 노광광의 위상이 투광영역들(11a 및 11b)을 통과하는 노광광의 위상과 180°다르도록 설정된다.

하프톤영역(12)은 소정의 노광광에 대하여 투광영역들(11a 및 11b)보다 상당히 낮은 투과율을 갖는다. 위상편이마스크(10)가 소정의 포토레지스트를 노출시키는 데 사용될 때, 하프톤영역(12)의 투과율은, 하프톤영역(12)을 통과한 투과광이 포토레지스트막에 패턴을 전사하지 않도록, 즉 투과광강도는 레지스트막을 노출시키지 않도록 설정된다. 하프톤영역(12)은 마스크(10)의 해상도를 향상시키기 위해마련되고 포토레지스트막에 전사되지 않아야 한다.

제1실시예의 마스크의 제조

도 2a 및 2b에서 보여준 하프톤형 위상편이마스크(10)는, 투명기판(101)에 하프톤막(102) 및 차광막(103)을 연속적층하여 형성된 마스크기판을 포함한다. 이 위상편이마스크(10)는 아래와 같이 하프톤막(102) 및 차광막(103)을 선택적으로 에칭함으로서 제조된다.

먼저, 전자선(electron beam) 리소그래피장치는, 도 1에서 보여준 홀형성패턴들(1a 및 1b)을 정하는 데이터에 기초하여 차광막(103)에 형성된 포토레지스트막(미도시)상에 홀형성투광영역들(11a 및 11b)을 리소그래피하는 데 사용된다. 포토레지스트막이 현상되면, 개구들은 포토레지스트막에 투광영역들(11a 및 11b)에 대응되는 위치에 형성된다. 패터닝된 포토레지스트막을 마스크로 하는 건식에칭에 의해 차광막(103) 및 하프톤막(102)을 선택적으로 제거한다. 두 개의 정사각형 개구들(103a 및 103b)은 차광막(103)에 형성되고, 두 개의 정사각형 개구들(102a 및 102b)은 하프톤막(102)에 형성된다. 그런 다음, 이 포토레지스트막이 제거된다.

그런 다음, 동일한 전자선리소그래피장치는, 도 1에서 보여준 하프톤영역형성부(3)용 데이터에 기초하여 차광막(103)에 형성된 다른 포토레지스트막(미도시)상에 하프톤영역(12)을 리소그래피하는 데 사용된다. 하프톤영역형성부(3)는 나중에 설명된다. 이 레지스트막이 현상되면, 개구는 하프톤영역(12)에 대응하는 위치에 형성된다. 이 포토레지스트막을 마스크로 하는 건식에칭에 의해 아래의 하프톤막(102)을 노출시키기 위해 차광막(103)을 선택적으로 제거한다. 이 때, 하프톤막(102)은 에칭되지 않는다. 하프톤영역(12)에 대응하는 직사각형 모양(띠모양)의 개구(103c)는 차광막(103)상에 형성된다. 그런 다음, 레지스트막은 제거된다.

위에서 설명한 바와 같이, 도 2a 및 2b에서 보여진 것과 같은 구성을 갖는 하프톤형 위상편이마스크(10)가 형성된다. 차광막(103)의 개구(103a) 및 하프톤막(102)의 개구(102a)는 정사각형 모양의 투광영역(11a)을 형성하고, 차광막(103)의 개구(103b) 및 하프톤막(102)의 개구(102b)는 정사각형 모양의 투광영역(11b)을 형성하며, 차광막(103)상의 개구(103c) 및 그 아래의 하프톤막(102)은 이 마스크(10)의 하프톤영역(12)을 형성한다. 투광영역들(11a 및 11b)사이의 거리, 즉 피치는 P이다.

투명기판(101)의 재료는, 예를 들면 합성석영이다. 하프톤막(102)의 재료는, 예를 들면 산화질화몰리브텐실리사이드(MoSiON) 및 불화크롬(CrF)이다. 차광막(103)의 재료는, 예를 들면 크롬 및 산화크롬의 적층체이다. 이 재료들 이외의 다른 재료가 사용될 수도 있다.

소정의 노광광이 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크(10)에 조사될 때, 노광광은 투광영역들(11a 및 11b)과 하프톤영역(12)을 통하여 마스크(10) 아래의 포토레지스트막을 비춘다. 하프톤막(102)을 통과한 노광광의 위상은 투광영역들(11a 및 11b)을 통과한 노광광의 위상에 대하여 180°편이되기 때문에, 투과광의 강도는, 광학적 간섭 때문에 투광영역들(11a 및 11b)과 하프톤영역(12)의 주변에서 감소한다. 이 투과광강도의 감소효과는 하프톤영역(12)의 면적 및 노광광에 대한 투과율에 따라 변한다. 하프톤영역(12)의 투과율과 하프톤영역(12)의 면적이 증가함에 따라 투과광의 강도를 감소시키는 효과는 증가한다(즉, 투과광의 강도는 감소한다). 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크(10)에서, 하프톤영역(12)의 투과율 및 면적이 적정하게 설정되면, 웨이퍼의 포토레지스트막상에 전사되어 형성된 홀형성패턴들(1a 및 1b)이 소망의 크기들보다 과도하게 커져 극단적인 경우에 전사되어 형성된 홀형성패턴들(1a 및 1b)이 서로 연결되는 등의 문제는 해결된다.

제1실시예의 마스크의 설계방법

도 1은 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크(10, 도 2a 및 2b 참조)의 설계방법을 보여주는 개념도이다. 보통 CAD(computer aided design)장치가 이 설계에 사용된다.

먼저, 두개의 정사각형 홀형성패턴들(1a 및 1b)은 CAD장치의 표시장치(미도시)에 도 1에서와 같이 소정의 피치(P)로 배치된다.

가상영역들(2a 및 2b)은 도 1에서 보여준 홀형성패턴들(1a 및 1b)에 대하여 각각 설정된다. 이 가상영역들(2a 및 2b)은, 그 중심들이 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 중심들과 일치되게 유지되면서 동일한 비율로 확대된, 다시말하면 리사이즈된(resized) 홀형성패턴들(1a 및 1b)이다. 따라서, 가상영역들(2a 및 2b)은 동일한 정사각형이고 동일한 치수를 갖는다.

도 1에서, Δ는 패턴들(1a 및 1b)의 리사이즈양을 나타낸다. 도 1의 예에서, 패턴들(1a 및 1b)의 4방향들 모두에 동일한 리사이즈양(Δ)이 더해져가상영역들(2a 및 2b)이 형성된다.

도 1에서 보여준 바와 같이, 홀형성패턴들(1a 및 1b)이 일정한 피치(P)를 가지며, 리사이즈양(Δ)은 정사각형 모양의 두 개의 가상영역들(2a 및 2b)을 겹치도록 적절하게 조정되면, 직사각형 모양(띠모양)의 중복부분(3)이 패턴들(1a 및 1b) 사이에 형성된다. 이 중복부분(3)은 본 발명에서 하프톤영역형성부로 설정된다. 하프톤영역(12)은, 이 하프톤영역형성부(3)에 대한 데이터에 대응하는 마스크(10)상에 형성된다. 노광광에 대한 하프톤영역형성부(3)의 투과율은 "T"라고 가정한다.

도 1에서 명확하게 보여준 바와 같이, 하프톤영역형성부(3)는 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선상에 배치된다. 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 한변은 "L"이고, 하프톤영역형성부(3)의 폭(W) 및 높이(H)는 아래와 같다.

W = 2Δ + L - W,

H = L + 2Δ.

하프톤영역형성부(3)의 면적(S)은 아래와 같이 표현된다.

S = W × H

도 4a, 4b 및 4c는 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 피치(P)에 따라 가상영역들의 겹침상태의 변화를 보여주는 개념도들이다.

도 4b는, 패턴들(1a 및 1b)의 가상영역들(2a 및 2b)의 부분들이 겹쳐져 도 1에서와 같이 하프톤영역형성부(3)를 형성하는 상태를 보여준다. 도 4c에서는, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 피치(P)가 도 4b와 동일하다 하더라도, 리사이즈양(Δ)이 작기 때문에 패턴들(1a 및 1b)의 가상영역들(2a 및 2b)은 서로 분리되고, 즉 하프톤영역형성부(3)가 존재하지 않는다. 도 4a에서는, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 피치(P)가 도 4b와 동일하다 하더라도, 리사이즈양(Δ)이 크기 때문에 전체 가상영역들(2a 및 2b)이 패턴들(1a 및 1b) 사이에 겹쳐지고, 즉 하프톤영역형성부(3)가 패턴들(1a 및 1b) 사이 전체 부분에 존재한다.

LSI의 구조가 일반적으로 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 피치(P)를 결정하기 때문에, 이 설계방법에서, 리사이즈양(Δ)을 조절하는 것은 가상영역들(2a 및 2b)의 중복을 변화시키고, 하프톤영역형성부(3)의 위치, 치수 및 모양은 자동적으로 설정된다. 그리하여, 하프톤영역형성부(3), 즉 마스크(10)의 하프톤영역(12)은 극히 쉽게 설계된다.

이 방법에서, 리사이즈양(Δ)을 조절하는 함으로써 하프톤영역형성부(3, 즉 하프톤영역(12))의 위치, 치수 및 모양이 쉽게 결정되지만, 하프톤영역형성부(3, 즉 하프톤영역(12))의 투과율(T)을 고려하여야만 한다. 하프톤영역(12)의 특성은 투과율(T)에 따라 변화한다.

본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크(10)에서의 하프톤영역형성부(3)의 투과율(T), 폭(W) 및 높이(H, 즉 면적S))를 설정하는 방법에 대하여 이하의 부분에서 설명된다.

이 위상편이마스크(10)가 설계될 때, 먼저, 하프톤영역형성부(3, 즉 하프톤영역(12))의 투과율(T)이 적절한 값으로 설정되고, 그 다음, 하프톤영역형성부(3)의 면적(S), 즉 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 리사이즈양(Δ)이 설정된다.리사이즈양(Δ)이 결정된 후에, 도 1 및 도 4a 내지 4c에서 보여준 바와 같이, 하프톤영역형성부(3, 즉 하프톤영역(12))의 위치, 치수 및 모양이 자동적으로 설정된다.

사입사조명 또는 높은 σ조명(σ은 코히어런스팩터(coherence factor)이고, σ>0.7)이 사용될 때, 홀형성패턴들(1a 및 1b)이 가깝게 배치될수록(배치피치(P)가 작아질수록) 일반적으로 광학적 근접효과 때문에, 웨이퍼의 포토레지스트막에서의 전사홀치수는 커지는 경향이 있다. 도 3은 예를 보여준다.

도 3은 종래의 통상의 마스크와 종래의 하프톤형 위상편이마스크에 대하여, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 배치피치(P)에 대한 웨이퍼의 포토레지스트막에서의 전사홀치수의 변화를 보여준다. 동일한 노광량이 종래의 통상의 마스크 및 종래의 하프톤형 위상편이마스크 모두에 사용된다.

도 3에서의 종래의 통상 마스크는, 도 2a 및 2b의 구성에서 하프톤막(102)이 제거된 마스크이고, 차광막(103)이 투명기판(101)상에 직접 형성된다. 차광막(103)은 개구들(103a 및 103b)만을 가지며 하프톤영역(12)용 개구(103c)는 존재하지 않는다.

도 3에서의 종래의 하프톤형 위상편이마스크는, 도 2a 및 2b의 구성에서 차광막(103)이 제거된 마스크이다. 즉, 투명기판(101)상에 하프톤막(102)만 있으며, 하프톤막(102)은 개구들(103a 및 103b)을 갖는다.

도 3에서 명확하게 보여준 바와 같이, 일점쇄선으로 나타낸 바와 같이 종래의 하프톤형 위상편이마스크에서 하프톤막(102)의 투과율이 충분히 낮을 때, 전사홀치수는 피치(P)의 전체범위를 걸쳐 설계치수에 가깝다. 그러나, 하프톤막(102)의 투과율이 증가함에 따라, A범위에서 거의 변화가 없지만 B 및 C범위들에서 크게 떨어지는 파선으로 표시한 곡선을 나타낸다. 이것은, 그대로 떨어지는 종래의 통상의 마스크와 유사하다.

그러므로, 도 5c에서 보여준 바와 같이, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 피치(P)가 큰 C범위에서 전사홀치수를 설계치수에 가깝하기 위하여 하프톤영역형성부(3)를 추가할 필요가 없다. 도 5b에서 보여준 바와 같이, 중간인 B범위에서 피치(P)가 C범위부터 A범위로 가까워짐에 따라 하프톤영역형성부(3)를 추가하여야만 하며 동시에 그의 면적(S)을 증가시켜야만 한다. 하프톤영역형성부(3)의 폭(W)은, 도 5a에서 보여준 바와 같이, 피치(P)가 작은 A범위에서 최대로 설정된다. 하프톤영역형성부(3)의 폭(W)이 피치(P)가 작은 A범위에서 최대이기 때문에, 하프톤영역형성부(3)의 투과율(T)은 전사치수가 설계치수와 일치되도록 조정된다. 이러한 방식으로, 전사홀의 치수를 가리키는 곡선을 피치(P)의 A, B 및 C범위들 모두에서 가능한 한 완만하게(피치(P)에 대한 전사홀들의 치수의 변동을 작게) 설정할 수 있다.

하프톤영역형성부(3)의 면적(S)이, 피치(P)가 중간인 B범위에서 피치(P)가 증가함에 따라 점차 감소한다는 사실을 고려하여야만 한다.

제1실시예의 마스크의 구체예

앞서 설명한 바와 같이, 하프톤영역형성부(3)의 투과율(T) 및 면적(S)이 조정되면, 전사홀치수 곡선은 완만해 진다. 이하에서, 구체예를 보여주기 위하여 본발명자들에 의해 수행된 시험을 설명한다.

이 시험에서, 제1실시예의 위상편이마스크(10)는, 웨이퍼의 포토레지스트막상에 한변이 16㎛인 정사각형 홀들을 전사하여 형성하는 데 사용된다. 이 홀들의 배치피치(P)의 최소 및 최대값은 0.30㎛ 및 1.5㎛이다. 2/3윤대조명(중앙에서부터 반지름의 2/3까지의 범위에서 차광하는 원형 조리개를 사용한 조명)이 노광장치로서 사용되고, 여기서 노광광의 광학적 조건들은 파장 λ= 248㎚, 개구수(numerical aperture) NA=0.68, 최고σ=0.75이다.

이하에서 설명된 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 치수는 조사선량문턱모델(exposure threshold model)을 사용하여 광강도분포계산에 의해 얻어진다. 즉, 마스크(10)를 통하여 웨이퍼의 포토레지스트막에 조사된 광강도의 분포가 계산되고, 포레지스트막의 광강도가 어떤 문떡값 이상인 부분이 현상에 의해 용해되어 홀형성패턴을 형성하는 개구가 된다고 가정하여 치수가 얻어진다. 독립된 홀형성패턴이 소망의 치수, 즉 0.16㎛의 정사각형으로 제공할 때의 광강도가 광강도의 문턱값으로 사용된다. 배치피치가 1㎛ 이상이면, 전사홀의 치수변화는 거의 영(즉, 소망의 홀형성패턴이 형성됨)이고, 배치피치가 최고값 1.5㎛이면 패턴은 독립된 패턴이라고 추측된다.

하프톤영역형성부(3, 즉 하프톤영역(12))의 투과율(T)은 보정정확도의 관점에서 일정 값으로 억제되는 것이 바람직하다. 하프톤영역형성부(3)의 투과율(T)이 너무 높을 때, 하프톤영역형성부(3)의 폭(W)이 변화하면, 웨이퍼에 전사된 홀형성패턴의 변화가 과도하게 된다. 극단적인 경우에, 하프톤영역형성부(3)의 투과율(T)이 100%로 설정하는 것도 가능하긴 하지만, 극히 좁은 하프톤영역(12)이 제공되면 웨이퍼의 전사패턴의 치수가 크게 감소하기 때문에 투과율(T)을 이렇게 높은 값을 설정하는 것은 불가능하다. 한편, 하프톤영역형성부(3)의 투과율(T)이 너무 낮을 때, 마스크(10)의 투광영역들(11a 및 11b)을 형성하는 홀 이외의 전체부분은 하프톤영역(12)으로서 설정되고(즉, 차광막(103)이 제거되고), 전사패턴은 소망의 치수를 갖지 않을 수도 있다. 따라서, 투과율(T)의 적정 범위가 있다.

이 시험에서, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 피치(P)가 0.30㎛의 최소값이고, 마스크(10)의 홀형성투광영역들(11a 및 11b) 이외의 전체부분이 하프톤영역(12)으로 설정될 때, 치수가, 독립된(피치=1.5㎛) 홀형성패턴을 사용하여 웨이퍼에 전사된 홀형성패턴의 치수와 동일하도록 투과율(T)이 설정된다. 이것은 독립된 홀형성패턴의 전사된 치수가 최소이고, 최소피치를 갖는 홀형성패턴의 전사된 치수는 최고이기 때문이다.

도 6은, 도 3에서와 같이 종래의 통상의 마스크 및 종래의 하프톤형 위상편이마스크에 대하여, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 배치피치(P)에 대한 전사홀치수의 변화를 보여주는 그래프이다.

본 발명자들의 시험에 따르면, 도 6에서 보여준 바와 같이 종래의 하프톤형 위상편이마스크가 사용되면, 하프톤영역(12)의 투과율(12)이 1%일 때(투과율이 1%인 경우 이외의 경들은 생략), 0.30㎛의 최소 피치의 전사홀치수가 종래의 통상 마스크의 독립된 전사홀치수와 같다. 따라서, 이 시험에서, 하프톤영역형성부(3, 즉 하프톤영역(12))의 투과율(T)은 1%로 설정된다(T=1%).

하프톤영역형성부(3)의 리사이즈양(Δ)은 아래와 같이 설정된다.

도 6에서 명확히 보여준 바와 같이, 투과율(T)은 종래의 하프톤형 위상편이마스크에서 1%일 때, 배치피치(P)가 0.38㎛ 이상이면, 전사된 홀치수는 상당히 감소한다. 이 관점에서, 리사이즈양(Δ)은 아래와 같이 설정된다.

즉, 가상영역(2a 및 2b)이 이웃하는 홀형성패턴들(1a 및 1b) 사이에 겹치는 부분, 즉 하프톤영역형성부(3)가 홀형성패턴들(1a 및 1b)과 접촉되도록, 즉 도 4a에서와 같이 배치피치(P)가 0.37㎛이하인 범위에서 하프톤영역형성부(3)의 면적(S)이가 최고가 되도록 리사이즈양(Δ)은 0.2㎛로 설정된다. 이 경우에, 하프톤영역형성부(3)의 폭(W)은 이웃하는 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 마주보는 변들 사이의 거리(P-L)와 같다(W=P-L). 이 때, 도 2a 및 2b에서 마스크(10)는 하프톤영역(12)의 폭이 이웃하는 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 마주보는 변들 사이의 거리와 같고, 하프톤영역(12)이 홀형성투광영역들(11a 및 11b)과 접촉하는 구성을 갖는다. 하프톤영역(12)의 길이(높이)는 도 2a 및 2b의 그것보다 상당히 크다.

도 4b에서 보여준 바와 같이, 배치피치가 0.38∼0.51㎛인 범위에서, 이웃하는 홀형성패턴들(1a 및 1b) 사이의 하프톤영역형성부(3)는 이 패턴들(1a 및 1b)과 접촉하지 않는다. 이 경우, 하프톤영역형성부(3)의 폭(W)은 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 마주보는 변들 사이의 거리(P-L)보다 작다(W<P-L). 이 때, 마스크(10)는 도 2a 및 2b에서 보여준 구성을 갖는다.

도 4c에서 보여준 바와 같이, 배치피치가 0.51㎛ 이상인 범위에서, 이웃하는 홀형성패턴들(1a 및 1b) 사이에 하프톤영역형성부(3)는 존재하지 않는다(W=0). 즉,마스크(10)는, 도 2a 및 2b에서 보여준 하프톤영역(12)이 없는 구성, 즉 홀형성투광영역들(11a 및 11b) 이외의 전체부분이 차광영역(14)인 구성을 갖는다.

도 6에서 보여준 바와 같이, 배치피치(P)에 따른 구성을 변화함으로써 얻어진 본 발명의 제1실시예의 위상편이마스크(10)에서, 0.30∼1.0㎛인 배치피치(P)의 전범위에서 전사된 피치치수의 변동은 0.16±0.01㎛의 범위로 억제된다.

사용된 노광장치의 광학적 조건들, 즉 노광파장(λ), NA 및 코히어런스팩터 σ는 변하면, 하프톤영역형성부(3)의 리사이즈양(Δ) 및 광학적 투과율(T)이 변한다. 그러나 최적화는 일반적으로 아래와 같이 수행된다.

먼저, 복수의 값들이 투과율(T) 및 리사이즈양(Δ)으로 설정되면서 시뮬레이션(simulation) 또는 실험이 수행되고, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 배치피치(P)와 전사홀치수와의 관계가 얻어진다. 도 6에서 보여진 그래프는 이 관계에 기초하여 얻어진 것이다. 그 다음, 이 그래프는, 배치피치(P)에 대한 전사홀치수의 최소 변동(즉 전사홀치수의 최대 및 최소의 차)을 나타내는 투과율(T)과 리사이즈양(Δ) 사이의 조합을 발견하는 데 사용된다. 그 결과, 투과율(T)과 리사이즈양(Δ)의 최적값들 또는 이들에 가까운 값들이 쉽게 얻어진다.

예를 들면, 투과율(T)이 1%씩 증가하면서 1∼4%범위 내에서 변화하고, 리사이즈양(Δ)은 0.02㎛씩 증가하면서 0.1∼0.2㎛범위 내에서 변화하면서 시뮬레이션 또는 실험이 수행된다. 이에 의해, 홀형성패턴들(1a 및 1b)의 배치피치(P)와 전사홀치수 사이의 관계가 얻어진다. 그 다음에, 전사홀치수의 최소 변동을 제공하는 투과율(T)과 리사이즈양(Δ) 사이의 조합이 이 관계에 기초하여 얻어진다. 다른 광학적 조건들이 변할 때, 같은 과정이 사용된다.

일반적으로, NA가 작고 윤대조명의 차광범위가 클 때, 전사홀치수와 소망의 치수와의 차이는 배치피치가 감소함에 따라 증가한다. 따라서, 이것을 보정하기 위하여 투과율(T)을 증가시킬 필요가 있다.

최근, 홀형성패턴들(1a 및 1b)에 정의 마스크바이어스(mask bias)를 추가시키는 것이 제안되었다. 여기에서는, 패턴들(1a 및 1b)은 의도적으로 소망의 치수보다 약간 크게 형성된다. 이렇게 약간 크게 형성된 패턴들(1a 및 1b)은 축소되어 웨이퍼상에 전사되어, 마스크의 제조오차의 영향이 감소한다.

이러한 관점에서 정마스크바이어스가 홀형성패턴들(1a 및 1b)에 추가되면, 전사홀치수와 소망의 치수 사이의 차가 배치피치(P)가 감소함에 따라 증가하는 경향이 더욱 강해지기 때문에, 최적 투과율(T)은 다소 높아지게 된다.

위에서 설명한 본 발명의 제1실시예의 하프톤형 위상편이마스크(10)에서, 리사이즈양(Δ)은 홀형성패턴들(1a 및 1b)을 리사이즈하여 가상영역들(2a 및 2b)을 형성되는 데 사용되고, 이 가상영역들(2a 및 2b)이 겹치는 부분을 추출하여 하프톤영역형성부(3)를 결정하기 때문에, 종래기술로서 설명된 OPC처리와 비교하여 시간은 감소되고, 보정값, 즉 리사이즈양(Δ)이 동시에 결정된다는 이점이 있다.

소정의 피치(P)로 마스크(10)상에 배치된 홀형성패턴들(1a 및 1b, 즉 원패턴들)에 대한 웨이퍼상에 전사된 전사패턴의 변형을 억제할 수도 있다.

제2실시예의 마스크의 구성

도 7a 및 7b는 본 발명의 제2실시예의 보정패턴형 위상편이마스크의 설계방법을 보여주는 개념도들이고, 도 8a 및 8b는 본 발명의 제2실시예의 보정패턴형 위상편이마스크(30)의 구성을 보여준다. 이 마스크(30)는, 도 7a 및 도 7b에서 보여준 바와 같이, 웨이퍼에 정사각형 홀형성패턴(21)을 전사하여 형성하기 위하여 사용된다. 제1실시예에서의 마스크(10)는 전사홀치수의 정확도를 증가시키려고 하는 반면, 제2실시예의 마스크(30)는 촛점심도를 증가시키려는 것이다.

도 8a 및 도 8b에서, 본 발명의 위상편이마스크(30)는, 독립된 정사각형의 홀형성투광영역(31), 홀형성투광영역(31) 주변에 위치된 정사각형 고리모양의 보정패턴영역(33) 및, 투명기판(111)상에 보정패턴영역(33)의 바깥쪽을 덮는 차광영역(34)을 포함한다. 차광영역(34)은, 홀형성투광영역(31)과 보정패턴영역(33) 이외의 부분에 형성된다.

투광영역(31)은 LSI의 접촉홀 또는 바이어홀을 형성하는 패턴을 웨이퍼의 포토레지스트막상에 전사하여 형성하는 데 사용된다. 투광영역들(31)은 소정의 노광광에 대하여 거의 100%의 투과율을 갖는다.

보정패턴영역(33)은 투광영역(31)의 외주변을 따라 그것을 둘러싸도록 확대된다. 보정패턴영역(33)은 그것을 통과하는 노광광이 투광영역(31)을 통과하는 노광광의 위상과 거의 같은 위상을 갖도록 설정된다.

보정패턴영역(33)은 소정의 노광광에 대하여 투광영역(31)보다 상당히 낮은 투과율을 갖는다. 위상편이마스크(30)가 소정의 포토레지스트를 노출시키는 데 사용될 때, 보정패턴영역(33)을 통과한 투과광이 포토레지스트막에 패턴을 전사하지 않도록, 즉 투과광강도는 레지스트막을 노출시키지 않도록 보정패턴영역(33)의 투과율이 설정된다. 보정패턴영역(33)은 마스크(30)의 촛점심도를 향상시키기 위해 마련되고 포토레지스트막에 전사되지 않아야 한다.

제2실시예의 마스크의 제조

도 8a 및 8b에서 보여준 보정패턴형 위상편이마스크(30)는, 투명기판(111)에 하프톤막(112), 투명막(114) 및 차광막(113)을 연속적층하여 형성된 마스크기판을 포함한다. 이 위상편이마스크(30)는 아래와 같이 하프톤막(112), 투명막(114) 및 차광막(113)을 선택적으로 에칭함으로서 제조된다.

먼저, 전자선리소그래피장치는, 도 7a 및 7b에서 보여준 홀형성패턴(21)을 정하는 데이터에 기초하여 차광막(113)에 형성된 포토레지스트막(미도시)상에 홀형성투광영역(31)을 리소그래피하는 데 사용된다. 포토레지스트막이 현상되면, 개구들은 포토레지스트막에 투광영역(31)에 대응되는 위치에 형성된다. 패터닝된 포토레지스트막을 마스크로 하는 건식에칭에 의해 차광막(113), 투명막(114) 및 하프톤막(112)을 선택적으로 제거한다. 정사각형 개구(113a)는 차광막(113)에 형성되고, 개구(114a)는 투명막(114)에 형성되고, 정사각형 개구(112a)는 하프톤막(112)에 형성된다. 그런 다음, 이 포토레지스트막이 제거된다.

그런 다음, 동일한 전자선리소그래피장치는, 도 7a 및 7b에서 보여준 보정패턴영역형성부(25)용 데이터에 기초하여 차광막(113)에 형성된 다른 포토레지스트막(미도시)상에 보정패턴영역(33)을 리소그래피하는 데 사용된다. 이 레지스트막이 현상되면, 개구는 보정패턴영역(33)에 대응하는 위치에 형성된다. 이 포토레지스트막을 마스크로 하는 건식에칭에 의해 아래의 투명막(114)을 노출시키기 위해 차광막(113)을 선택적으로 제거한다. 이런 방식으로, 보정패턴영역(33)에 해당하는 직사각형 모양에 개구(113b)가 차광막(113)상에 형성된다. 그런 다음, 레지스트막은 제거된다.

위에서 설명한 바와 같이, 도 8a 및 8b에서 보여진 것과 같은 구성을 갖는 보정패턴형 위상편이마스크(30)가 형성된다. 즉, 직사각형의 보정패턴영역(33)은 독립된 정사각형의 투광영역(31) 주위에 배치되고, 보정패턴영역(33)의 바깥쪽은 차광영역(34)으로서 설정된다.

노광광은 보정패턴영역(33)의 투명막(114)과 하프톤막(112)을 통과하기 때문에, 보정패턴영역(33)은 반투명이다. 하프톤막(112)은 통과한 노광광의 위상을 180°편이되도록 설정되고, 투명막(114)도 통과한 노광광의 위상을 180°편이되도록 설정되기 때문에, 결국 보정패턴영역(33)을 통과한 노광광의 위상은 홀형성투광영역(31)을 통과한 노광광의 위상과 동일하다. 제1실시예에서 설명된 재료들이 투명기판(111) 및 차광막(113)의 재료로서 사용된다. 투명막(114)의 재료로서, CVD(chemical vapor deposition)를 사용하여 형성된 SiO₂및SOG(spin on glass)재료가 사용된다.

소정의 노광광이 제2실시예의 보정패턴형 위상편이마스크(30)에 조사되면, 노광광은 투광영역(31) 및 보정패턴영역(33)을 통과한다. 보정패턴영역(33)을 통과한 노광광의 위상은 홀형성투광영역(31)을 통과한 노광광의 위상과 동일하도록 설정되기 때문에, 홀형성투광영역(31)을 통과한 노광광의 촛점심도를 연장할 수 있다.

제2실시예의 마스크의 설계방법

도 7a 및 7b는 본 발명의 제2실시예의 보정패턴형 위상편이마스크(10, 도 8a 및 8b 참조)의 설계방법을 보여주는 개념도이다.

먼저, 하나의 정사각형 홀형성패턴(21)은 CAD장치의 표시장치(미도시)에 도 7a 및 7b에서와 같이 배치된다.

제1가상영역(22) 및 제2가상영역(23)은 도 7a 및 7b에서 보여준 홀형성패턴(21)에 대하여 각각 설정된다. 이 제1가상영역(22) 및 제2가상영역(23)은, 그 중심들이 홀형성패턴(21)의 중심들과 일치되게 유지되면서 다른 비율들로 확대된다. 그리하여, 가상영역들(22 및 23)은 정사각형들이다. Δ1 및 Δ2는 각각 가상영역들(22 및 23)의 리사이즈양을 나타낸다. 도 7a 및 7b의 예에서, 패턴(21)의 4방향들 모두에 동일한 리사이즈양들(Δ1 및 Δ2)이 더해진다. 제2가상영역(23)은 제1가상영역(22)의 바깥쪽에 형성되기 때문에, 리사이즈양들(Δ1 및 Δ2) 사이에는 Δ1<Δ2의 관계가 존재한다.

리사이즈양(Δ1)은 제1실시예에서 얻은 리사이즈양(Δ)과 같다. 제1가상영역(22)과 제2가상영역(23) 사이 부분, 즉 영역(Δ2-Δ1)은 보정패턴영역형성부(25)로서 설정된다. 반투명 보정패턴은 이 보정패턴영역형성부(25)에 대응하여 형성된 보정패턴영역(33)상에 형성된다. 반투명 보정패턴을 통과한 노광광의 위상은 홀형성투광영역(31)을 통과한 노광광의 위상과 동일하다. 그러므로, 홀형성투광영역(31)을 통과한 노광광의 촛점심도를 확장할 수 있다.

제3실시예의 마스크의 구성

도 9a 및 9b는 본 발명의 제3실시예의 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크(40)를 보여준다. 도 7a 및 7b와 도 8a 및 8b에서 본 발명이 마스크(30)에 독립된 홀형성패턴(21)에 적용되었지만, 본 실시예에서 본 발명은 마스크(40)의 이웃하는 두개의 홀형성패턴들에 적용된다. 마스크(40)는 제1실시예와 제2실시예의 결합에 해당한다.

도 9a 및 9b에서, 본 발명의 위상편이마스크(40)는 투명기판(121)상에, 피치(P)로 배치된 두 개의 정사각형의 홀형성투광영역들(41a 및 41b), 이 투광영역들(41a 및 41b) 사이에 배치된 띠모양(긴 직사각형)의 하프톤영역(42), 이 홀형성투광영역들(41a 및 41b)과 하프톤영역(42) 주변에 위치된 직사각형 고리모양의 보정패턴영역(43) 및, 보정패턴영역(43)의 바깥쪽을 덮는 차광영역(44)을 갖는다. 차광영역(44)은, 투광영역들(41a 및 41b)과 보정패턴영역(43) 이외의 부분에 형성된다.

투광영역들(41a 및 41b)은 LSI에서 접촉홀 또는 바이어홀을 형성하는 패턴을 웨이퍼의 포토레지스트막상에 전사하여 형성하는 데 사용된다. 투광영역들(41a 및 41b)은 소정의 노광광에 대하여 거의 100%의 투과율을 갖는다.

하프톤영역(42)은 투광영역들(41a 및 41b)의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 확대된다. 하프톤영역(42)은 그것을 통과하는 노광광의 위상이 투광영역들(41a 및 41b)을 통과하는 노광광의 위상과 180°다르도록 설정된다.

하프톤영역(42)은 소정의 노광광에 대하여 투광영역들(41a 및 41b)보다 상당히 낮은 투과율을 갖는다. 위상편이마스크(40)가 소정의 포토레지스트를 노출시키는 데 사용될 때, 하프톤영역(42)의 투과율은, 하프톤영역(42)을 통과한 투과광이 포토레지스트막에 패턴을 전사하지 않도록, 즉 투과광강도는 레지스트막을 노출시키지 않도록 설정된다. 하프톤영역(42)은 마스크(40)의 해상도를 향상시키기 위해 마련되고 포토레지스트막에 전사되지 않아야 한다.

보정패턴영역(43)은 투광영역들(41a 및 41b)의 외주변을 따라 그것을 둘러싸도록 확대된다. 보정패턴영역(43)은 그것을 통과하는 노광광이 투광영역들(41a 및 41b)을 통과하는 노광광의 위상과 거의 같은 위상을 갖도록 설정된다.

보정패턴영역(43)은 소정의 노광광에 대하여 투광영역들(41a 및 41b)보다 상당히 낮은 투과율을 갖는다. 위상편이마스크(40)가 소정의 포토레지스트를 노출시키는 데 사용될 때, 보정패턴영역(43)을 통과한 투과광이 포토레지스트막에 패턴을 전사하지 않도록, 즉 투과광강도는 레지스트막을 노출시키지 않도록 보정패턴영역(43)의 투과율이 설정된다. 보정패턴영역(43)은 마스크(40)의 촛점심도를 향상시키기 위해 마련되고 포토레지스트막에 전사되지 않아야 한다.

제3실시예의 마스크의 제조

도 9a 및 9b에서 보여준 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크(40)는, 도 8a 및 8b의 위상편이마스크(30)이 같이, 투명기판(121)에 하프톤막(122), 투명막(124) 및 차광막(123)을 연속적층하여 형성된 마스크기판을 포함한다. 이 위상편이마스크(40)는 아래와 같이 마스크기판의 하프톤막(122), 투명막(124) 및 차광막(123)을 선택적으로 에칭함으로서 제조된다.

먼저, 전자선리소그래피장치는, 도 9a 및 9b에서 보여준 홀형성패턴들(21a 및 21b)을 정하는 데이터에 기초하여 차광막(123)에 형성된 포토레지스트막(미도시)상에 홀형성투광영역들(41a 및 41b)을 리소그래피하는 데 사용된다. 포토레지스트막이 현상되면, 개구들은 포토레지스트막의 투광영역들(41a 및 41b)에 대응되는 위치들에 형성된다. 패터닝된 포토레지스트막을 마스크로 하는 건식에칭에 의해 차광막(123), 투명막(124) 및 하프톤막(122)을 선택적으로 제거한다. 정사각형 개구들(123a 및 123b)은 차광막(123)에 형성되고, 정사각형 개구들(124a 및 124b)은 투명막(124)에 형성되고, 정사각형 개구들(122a 및 122b)은 하프톤막(122)에 형성된다. 그런 다음, 이 포토레지스트막이 제거된다.

그런 다음, 동일한 전자선리소그래피장치는, 도 9a 및 9b에서 보여준 하프톤영역형성부(24)용 데이터에 기초하여 차광막(123)에 형성된 다른 포토레지스트막(미도시)상에 하프톤영역(42)을 리소그래피하는 데 사용된다. 이 레지스트막이 현상되면, 개구는 하프톤영역(42)에 대응하는 위치에 형성된다. 이 포토레지스트막을 마스크로 하는 건식에칭에 의해 아래의 하프톤막(122)을 노출시키기 위해 차광막(123) 및 투명막(124)을 선택적으로 제거한다. 하프톤영역(42)에 대응하는 직사각형 모양(띠모양)의 개구들(123c 및 124c)은 차광막(123) 및 투명막(124)상에 각각 형성된다. 그런 다음, 레지스트막은 제거된다.

그런 다음, 동일한 전자선리소그래피장치는, 보정패턴영역형성부(25a)용 데이터에 기초하여 차광막(123)에 형성된 다른 포토레지스트막(미도시)상에 보정패턴영역(43)을 리소그래피하는 데 사용된다. 이 레지스트막이 현상되면, 개구는 보정패턴영역(43)에 대응하는 위치에 형성된다. 이 포토레지스트막을 마스크로 하는 건식에칭에 의해 아래의 투명막(124)을 노출시키기 위해 차광막(123)을 선택적으로 제거한다. 이런 방식으로, 보정패턴영역(43)에 해당하는 직사각형 모양에 개구(123d)가 차광막(123)상에 형성된다. 그런 다음, 레지스트막은 제거된다.

이와 같이, 도 10a 및 10b에서 보여진 것과 같은 구성을 갖는 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크(40)가 형성된다. 즉, 하프톤영역(42)은 두 개의 정사각형의 투광영역들(41a 및 41b) 사이에 배치되고, 동시에 직사각형 고리모양의 보정패턴영역(43)은 투광영역들(41a 및 41b)의 주변에 배치된다. 보정패턴영역(43), 투광영역들(41a 및 41b) 중 어느 하나와 하프톤영역(42) 사이의 나머지 영역과, 보정패턴영역(43)의 바깥쪽은 차광영역(44)으로 설정된다.

노광광은 보정패턴영역(43)의 투명막(124)과 하프톤막(122)을 통과하기 때문에, 보정패턴영역(43)은 반투명이다. 하프톤막(122)은 제1실시예에서 같이 통과한 노광광의 위상을 180°편이되도록 설정되고, 투명막(124)도 통과한 노광광의 위상을 180°편이되도록 설정되기 때문에, 결국 보정패턴영역(43)을 통과한 노광광의 위상은 홀형성투광영역들(41a 및 41b)을 통과한 노광광의 위상과 동일하다.

소정의 노광광이 위상편이마스크(40)에 조사될 때, 노광광은 투광영역들(41a 및 41b), 하프톤영역(42) 및 보정패턴영역(43)을 통과한다. 반투명의 보정패턴영역(43)을 통과한 노광광의 위상은 홀형성투광영역들(41a 및 41b)을 통과한 노광광의 위상과 동일하도록 설정되기 때문에, 홀형성투광영역들(41a 및 41b)을 통과한 노광광의 촛점심도를 확장할 수 있다.

하프톤영역(42)을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 효과는 하프톤영역(42)의 면적 및 노광광에 대한 투과율에 따라 변한다. 투과광의 강도를 감소시키는 효과는, 하프톤영역(42)의 투과율과 하프톤영역(42)의 면적이 증가함에 따라 증가한다. 본 발명의 제3실시예의 위상편이마스크(40)에서, 하프톤영역(42)의 투과율 및 면적이 적정하게 설정되면, 웨이퍼상에 전사된 홀형성패턴들(41a 및 41b)이 소망의 크기들보다 과도하게 커져, 극단적인 경우에 웨이퍼상에 전사된 홀형성패턴들(41a 및 41b)이 서로 연결되는 등의 문제는 해결된다.

이와 같이, 제3실시예의 위상편이마스크(40)는 제1실시예의 전사홀치수의 정확도를 증가시키는 효과 및 제2실시예의 촛점심도를 확장하는 효과를 제공한다.

제3실시예의 마스크의 설계방법

도 9a 및 9b는 앞서 설명한 본 발명의 제3실시예의 위상편이마스크(40, 도 10a 및 10b 참조)의 설계방법을 보여주는 개념도들이다.

먼저, 두개의 정사각형 홀형성패턴들(21a 및 21b)은 CAD장치의 표시장치(미도시)에 도 9a 및 9b에서와 같이 소정의 피치(P)로 배치된다.

그런 다음, 제1가상영역(22a) 및 제2가상영역(23a)은 제2실시예에서 보여준 홀형성패턴(21a)에 대하여 설정된다. 이 제1가상영역(22a) 및 제2가상영역(23a)은, 제2실시예에서와 같이 그 중심들이 홀형성패턴(21a)의 중심들과 일치되게 유지되면서 다른 비율들로 확대(리사이즈)된다. 그리하여, 가상영역들(22a 및 23a) 모두는 정사각형들이다. Δ1 및 Δ2는 각각 가상영역들(22a 및 23a)의 리사이즈양을 나타낸다. 리사이즈양(Δ1)은 제1실시예에서 얻은 리사이즈양(Δ)과 같다.

동일한 방법으로, 제1가상영역(22b) 및 제2가상영역(23b)은 제2실시예에서 보여준 홀형성패턴(21b)에 대하여 설정된다. 리사이즈양들(Δ1 및 Δ2)은 홀형성패턴(21a)의 그것들과 동일하다.

도 9a 및 9b에서 보여준 바와 같이, 홀형성패턴들(21a 및 21b)의 제1가상영역들(22a 및 22b)이 서로 평행하게 겹쳐지고 직사각형(띠모양)의 중복부분(24)이 형성된다. 이 중복부분(24)은, 제1실시예에서와 같이 투과율(T)을 갖는 하프톤영역형성부로 설정된다. 하프톤영역형성부(24)에 대응하는 하프톤영역(42)을 통과한 노광광은, 그 위상이 이웃하는 투광영역(21a 및 21b)를 통과한 노광광의 위상과는 180°다르도록 설정된다. 이러한 방법으로, 웨이퍼상에 전사된 홀형성패턴들(21a 및 21b)의 변형을 억제한다.

홀형성패턴들(21a 및 21b)의 제2가상영역들(23a 및 23b)이 서로 평행하게 겹쳐지고 이 중복부분은 무시된다. 두 개의 제2가상영역들(23a 및 23b)이 두 개의 제1가상영역들(22a 및 22b)을 둘러싸고 있는 부분, 다시 말하면 제1가상영역(22a) 및 제2가상영역(23b)와, 제1가상영역(22b) 및 제2가상영역(23a), 즉 영역(Δ2-Δ1)은 보정패턴영역형성부(25a)로서 설정된다.

반투명 보정패턴은 이 보정패턴영역형성부(25a)에 대응하여 형성된 보정패턴영역(43)상에 형성된다. 반투명 보정패턴을 통과한 노광광의 위상은 홀형성투광영역들(41a 및 41b)을 통과한 노광광의 위상과 동일하다. 그러므로, 홀형성투광영역들(41a 및 41b)을 통과한 노광광의 촛점심도를 확장할 수 있다.

제3실시예의 마스크의 구체예

앞서 설명한 바와 같이, 하프톤영역형성부(24)의 투과율(T) 및 면적(S)이 조정되면, 전사홀치수 곡선은 완만해 진다. 보정패턴영역형성부(25a)의 투과율(T') 및 면적(S')이 조정되면, 노광광의 촛점심도가 증가된다.

이하에서, 구체예를 보여주기 위하여 본 발명자들에 의해 수행된 시험을 설명한다.

이 시험에서, 제3실시예의 위상편이마스크(40)는, 웨이퍼의 포토레지스트막상에 한변이 16㎛인 두 개의 정사각형 홀들을 전사하여 형성하는 데 사용된다. 이 홀들의 배치피치(P)의 최소 및 최대값은 제1실시예의 시험에서와 같이 0.30㎛ 및 1.5㎛이다. 사용하는 노광장치의 노광광의 광학적 조건들은, 제1실시예의 시험에서와 같이 파장 λ= 248㎚, NA=0.68이 사용되고, 2/3윤대조명(중앙에서부터 반지름의 2/3까지의 범위에서 차광하는 원형 조리개를 사용한 조명)의 최고σ는 0.85(제1실시예(σ= 0.75)보다 약간 크다)이다.

0.02㎛의 바이어스가 마스크(40)의 각각의 치수에 더해진다. 즉, 형성될 정사각형 홀의 한 변(L)이 0.16㎛이라면, 설계 중에 정사각형의 한 변(L)은 0.18㎛로 설정된다. "바이어스"는 웨이퍼에 전사될 치수변화가 감소되기 때문에 더해진다.

하프톤영역(42)의 투과율(T)은 2%, 3% 및 4%의 3가지 형태들로 설정되고, 제2리사이즈양(Δ2)은 0.32㎛, 0.36㎛ 및 0.40㎛의 3가지 형태들로 설정되며, 제1리사이즈양(Δ1)은 0.12㎛, 0.14㎛ 및 0.16㎛의 3가지 형태들로 설정된다. 즉, 배치피치(P)와 전사홀치수 사이의 관계는 총 27경우에 대하여 계산된다.

하프톤영역(42)의 투과율(T)은 아래와 같이 결정된다. 즉, 두개의형성영역(21a 및 21b)이 0.3㎛의 최소 피치로 배치될 때 홀형성투광영역들(41a 및 41b) 이외의 부분들이 마스크(40)에 하프톤영역(42)으로 설정된다면, 치수는, 투과율(T)이 3%일 때 독립된(즉, 피치가 1.5㎛인 경우) 홀형성패턴(21)이 사용되는 경우의 전사홀치수와 동일하게 된다. 그러므로, 하프톤영역(42)의 투과율(T)은 3%로 설정된다.

보정패턴영역(43)과 홀형성투광영역들(41a 및 41b)의 중심거리가, 종래의 보정패턴형 위상편이마스크의 보정패턴영역과 홀형성투광영역들의 중심거리(0.3∼0.4㎛)가 유사하면, 반투명 보정패턴영역(43)은 촛점심도확장효과를 제공한다고 추론한다. 보정패턴영역(43)과 홀형성투광영역들(41a 및 41b)의 중심거리는

(1/2)(Δ1+Δ2+L),

로 주어지기 때문에,

(1/2)(Δ1+Δ2+L)= 약 0.3∼0.4㎛

을 만족하도록 제1리사이즈양(Δ1) 및 제2리사이즈양(Δ2)의 최적값을 구한다.

도 11에서 명확히 보여준 바와 같이, 투과율(T)이 3%일 때 전사홀치수의 변동이 최소이고, 제1리사이즈양(Δ1)은 0.12㎛이고 제2리사이즈양(Δ2)은 0.36㎛이다(도 11에서 다른 경우의 곡선은 생략).

윤대조명의 사입사성분이 제1실시예에서보다 약간 강하고, 0.02㎛의 마스크바이어스가 제3실시예에 더해진다. 종래의 하프톤형 위상편이마스크가 보정패턴영역(43)을 제외하고 제3실시예에서와 동일한 구성을 가질 때, 전사홀치수는 0.3㎛의최소 피치에 대하여 0.24㎛보다 크다.

실제의 노광에서, 두개의 홀형성패턴들 사이에 남아 있는 레지스트막의 폭이 0.13㎛이하이면, 두께감소현상이 발생하기 때문에, 종래의 하프톤형 위상편이마스크에서는 0.32㎛이하의 피치에서의 해상도가 곤란하다는 것을 알 수 있다.

한편, 피치(P)가 0.36㎛이면 전사홀치수는 0.01㎛보다 약간 큰 정도만큼 소망의 치수(0.16㎛)보다 크다 하더라도, 제3실시예의 하프톤/보정패턴형 위상편이마스크(40)의 든 피치에 대하여 소망의 치수(0.16㎛)와의 차이는 ±0.012㎛이하로 억제된다. 반투명의 보정패턴영역(43)은, 피치(P)가 작은 범위에서 투과광의 강도를 감소시키기 때문에, 두 홀형성투광영역들(41a 및 41b) 사이에 남아 있는 포토레지스트막에서의 두께감소라는 문제가 발생하지 않는다.

도 12는, 독립된 홀형성패턴의 콘트라스트와 촛점위치 사이의 관계를 보여주는 그래프이고, 제2 및 제3실시예에 의한 촛점심도의 확장효과를 가리킨다.

도 12에서, 콘트라스트는

콘트라스트=(각 촛점위치에서의 광강도 최고값)/(최상의 촛점위치에서 치수가 0.16㎛일 때의 광강도의 문턱값)

로 정의된다.

상기와 같이 정의된 콘트라스트가 1.4이상일 때 홀형성패턴은 레지스트막에서 열린다고 가정하면, 종래의 마스크의 촛점심도는 ±0.18㎛이다. 마스크들(30 및 40)의 촛점심도는 제2실시예 및 제3실시예의 ±0.21㎛정도 증가한다.

도 12에서 보여준 종래의 마스크에 대하여, 촛점심도는 반대로 감소한다. 이것은, 보정패턴영역들(33 및 43)의 투과광의 위상이 홀형성투광영역들(31, 41a 및 41b)의 투과광의 위상에 대하여 180°정도 편이되기 때문이다.

보정패턴영역들(33 및 43)은 제2실시예 및 제3실시예에서 반투명이지만, 이 영역들(33 및 43)을 좁은 투명영역들로 형성할 수도 있다. 즉, 제1 및 제2리사이즈양들(Δ1 및 Δ2) 사이의 차(Δ2-Δ1)가 감소되고, 이 영역(Δ2-Δ1)에 종래의 미세보정패턴(투과율이 거의 100%)이 형성될 때, 유사한 촛점심도확장효과가 제공된다.

변형예들

앞서 설명된 제1 내지 제3실시예들은 본 발명의 구체적인 예들을 보여주는 것으로, 본 발명은 이 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명의 목적에 따르면서 다른 형태의 변형예들이 제공될 수 있다는 것은 명백하다.

예를 들면, 본 발명은 광을 사용하는 포토리소그래피에 적용되고, 실시예들에서 주패턴으로서 홀패턴을 사용하였지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다. 이 실시예들에서는 포토레지스트막이 정(positive) 형태라고 가정하지만, 본 발명은 포토레지스트막이 부(negative) 형태인 경우에도 적용된다.

본 발명은 노광광의 파장과, 투과형 및 반사형 등의 마스크의 형태들에 의해 한정되지 않는다. 예를 들면, 최근 하프톤형 위상편이마스크는 X선의 투과형 등배마스크나 축소반사형마스크에 대하여 제안되었지만, 본 발명도 이들에 적용될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 하프형 위상편이마스크 및 그의 설계방법은 하프톤영역 및 보정패턴을 설정하는 데 필요한 시간이 감소한다는 효과들이 제공되고, 따라서 하프톤영역 및 보정패턴을 포함하는 위상편이마스크는 쉽게 제조된다.

마스크가 하프톤영역을 포함하면, 마스크에 소정의 피치로 배치된 원패턴들에 대하여 웨이퍼에 전사될 전사패턴들의 변형이 효과적으로 억제된다는 추가적인 효과가 제공된다. 마스크가 보정패턴을 포함하면, 촛점심도가 확장된다는 추가적인 효과가 제공된다.

Claims

소정의 피치로 복수의 주패턴들을 배치시키는 단계;

상기 각 주패턴들을 소정의 리사이즈양만큼 확대하여 가상영역들을 형성하는 단계;

두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 가질 때, 그 두 가상영역들 사이에 중복부분을 배치하고, 상기 중복부분을 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 하프톤영역형성부로서 설정하는 단계; 및

두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 갖지 않을 때, 상기 하프톤영역형성부는 존재하지 않도록 설정하는 단계를 포함하고,

상기 리사이즈양 및 상기 투과율은, 소정의 레지스트막에 상기 주패턴들의 전사크기가 소정의 노광조건 하에서 상기 피치의 변화에 따라 소망의 범위 내로 안정되도록 설정되는 위상편이마스크의 설계방법.
제1항에 있어서, 상기 리사이즈양 및 투과율은, 상기 피치의 변화에 따르는 상기 레지스트막상의 상기 주패턴들의 전사치수의 변동이 대략 최소가 되도록 설정되는 위상편이마스크의 설계방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하프톤영역형성부는, 상기 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치되는 위상편이마스크의 설계방법.
소정의 피치로 기판의 표면에 형성된 복수의 주패턴형성투광영역들;

상기 기판의 표면에, 상기 이웃하는 두 주패턴형성투광영역들 사이에 형성되는 하프톤영역; 및

상기 기판의 표면에, 상기 주패턴형성투광영역들 및 상기 하프톤영역 이외부분에 형성되는 차광영역을 포함하고,

상기 하프톤영역은, 하프톤영역을 통과한 노광광이 상기 주패턴형성투광영역들을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖고,

하프톤영역의 위치, 모양 및 크기는, 각각의 주패턴형성투광영역들을 소정의 리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 가상영역들이 서로 겹쳐지는 부분의 위치, 모양 및 크기와 동일한 위상편이마스크.
제4항에 있어서,

상기 기판의 표면에 형성된 하프톤막; 및

상기 하프톤막상에 형성된 차광막을 더 포함하고,

상기 하프톤영역은 상기 차광막에 형성된 제1개구에 의해 정해지고, 상기 주패턴형성투광영역들은 상기 차광막에 형성된 제2개구들 및 하프톤막에 형성된 개구들에 의해 정해지는 위상편이마스크.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 하프톤영역은 상기 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치되는 위상편이마스크.
주패턴을 배치하는 단계;

상기 주패턴을 소정의 제1리사이즈양만큼 확대하여 제1가상영역을 형성하는 단계;

상기 주패턴을 소정의 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대하여 제2가상영역을 형성하는 단계; 및

상기 제2가상영역과 상기 제1가상영역 사이의 부분을 소정의 투과율을 갖는 보정패턴형성부로 설정하는 단계를 포함하고,

제1리사이즈양 및 제2리사이즈양은, 소망의 노광조건 하의 노광광에 대하여 소망의 촛점심도확장효과가 얻어지도록 설정되는 위상편이마스크의 설계방법.
제7항에 있어서, 상기 보정패턴형성부는 상기 주패턴과 동심의 고리모양으로 형성되는 위상편이마스크의 설계방법.
기판의 표면에 형성된 주패턴형성투광영역;

상기 기판의 표면에 상기 주패턴형성투광영역 주변에 형성된 고리모양의 보정패턴영역; 및

주패턴형성투광영역 및 상기 보정패턴영역 이외의 부분에 형성된 차광영역을 포함하고,

상기 보정패턴영역은, 보정패턴영역을 통과한 노광광이 주패턴형성투광영역을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖고,

보정패턴영역의 위치, 모양 및 크기는, 상기 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양만큼 확대하여 얻어진 제1가상영역과, 상기 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 제2가상영역들의 사이 부분의 위치, 모양 및 크기와 동일한 위상편이마스크.
제9항에 있어서,

상기 기판의 표면에 형성된 하프톤막;

상기 하프톤막상에 형성된 투명막; 및

상기 투명막에 형성된 차광막을 더 포함하고,

상기 보정패턴영역은 상기 차광막에 형성된 제1개구들에 의해 정해지고, 상기 주패턴형성투광영역들은 상기 차광막에 형성된 제2개구 및 하프톤막에 형성된 개구에 의해 정해지는 위상편이마스크.
소정의 피치로 복수의 주패턴들을 배치시키는 단계;

상기 각 주패턴들을 소정의 제1리사이즈양만큼 확대하여 제1가상영역들을 형성하는 단계;

상기 각 주패턴들을 소정의 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대하여 제2가상영역들을 형성하는 단계;

두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 가질 때, 그 두 제1가상영역들 사이에 중복부분을 배치하고, 상기 중복부분을 노광광에 대하여 소정의 투과율을 갖는 하프톤영역형성부로서 설정하는 단계;

두 이웃하는 가상영역들이 중복부분을 갖지 않을 때, 상기 하프톤영역형성부는 존재하지 않도록 설정하는 단계; 및

상기 두 제2가상영역들이 이들에 대응하는 상기 두 제1가상영역들을 둘러싸는 부분을, 소정의 투과율을 갖는 보정패턴형성부로서 설정하는 단계를 포함하고,

하프톤영역형성부의 상기 제1리사이즈양 및 상기 투과율은, 소정의 레지스트막에 상기 주패턴들의 전사크기가 소정의 노광조건 하에서 상기 피치의 변화에 따라 소망의 범위내로 안정되도록 설정되고,

상기 제2리사이즈양은, 상기 소정의 노광조건하의 상기 노광광에 대하여 소망의 촛점심도확장효과가 얻어지도록 설정되는 위상편이마스크의 설계방법.
제11항에 있어서, 하프톤영역형성부의 상기 제1리사이즈양 및 투과율은, 상기 피치의 변화에 따르는 상기 레지스트막상의 상기 주패턴들의 전사치수의 변동이 대략 최소가 되도록 설정되는 위상편이마스크의 설계방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 하프톤영역형성부는, 상기 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치되는 위상편이마스크의 설계방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 보정패턴형성부는 상기 주패턴과 동심의 고리모양으로 형성되는 위상편이마스크의 설계방법.
소정의 피치로 기판의 표면에 형성된 복수의 주패턴형성투광영역들;

상기 기판의 표면에, 상기 이웃하는 두 주패턴형성투광영역들 사이에 형성되는 하프톤영역;

상기 기판의 표면에 이웃하는 두 주패턴형성투광영역들 주위에 형성된 고리모양의 보정패턴영역; 및

상기 기판의 표면에, 상기 주패턴형성투광영역들, 상기 하프톤영역 및 상기 보정패턴영역 이외부분에 형성되는 차광영역을 포함하고,

상기 하프톤영역은, 하프톤영역을 통과한 노광광이 상기 주패턴형성투광영역들을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖고,

하프톤영역의 위치, 모양 및 크기는, 상기 각각의 주패턴형성투광영역들을 소정의 리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 가상영역들이 서로 겹쳐지는 영역의 위치, 모양 및 크기와 동일하고,

상기 보정패턴영역은, 보정패턴영역을 통과한 노광광이 상기 주패턴형성투광영역들을 통과한 노광광의 강도를 감소시키는 특징을 갖고,

보정패턴영역의 위치, 모양 및 크기는, 상기 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양만큼 확대하여 얻어진 제1가상영역과, 상기 주패턴형성투광영역을 제1리사이즈양보다 큰 제2리사이즈양만큼 확대함으로써 얻어진 제2가상영역들의 사이 영역의 위치, 모양 및 크기와 동일한 위상편이마스크.
제15항에 있어서,

상기 기판의 표면에 형성된 하프톤막;

상기 하프톤막상에 형성된 투명막; 및

상기 투명막에 형성된 차광막을 더 포함하고,

상기 하프톤영역은 상기 차광막에 형성된 제1개구 및 투명막에 형성된 제1개구에 의해 정해지고,

상기 보정패턴영역은 상기 차광막에 형성된 제2개구들에 의해 정해지고,

상기 주패턴형성투광영역들은 상기 차광막에 형성된 제3개구들, 투명막에 형성된 제2개구들 및 하프톤막에 형성된 개구들에 의해 정해지는 위상편이마스크.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 하프톤영역은, 상기 이웃하는 두개의 주패턴들의 중심들을 서로 연결하는 선의 수직이등분선을 따라 배치되는 위상편이마스크.