KR20040068863A

KR20040068863A - 하프톤 위상 시프트 마스크 및 그를 이용한 레지스트 노광방법 및 레지스트 노광 장치

Info

Publication number: KR20040068863A
Application number: KR1020040004579A
Authority: KR
Inventors: 와따나베구니오
Original assignee: 가부시끼가이샤 한도따이 센단 테크놀로지스
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2004-08-02
Also published as: JP2004226893A

Abstract

본 발명의 과제는 하프톤막의 투과율이 높은 경우라도, 콘트라스트 및 레지스트 해상도가 저하되지 않도록 하는 것이다.

투명 기판(11)과, 이 투명 기판(11) 상에 원하는 패턴으로 형성된 하프톤막(12)을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크에 있어서, 하프톤막(12)의 측벽을 덮는 차광막(14)을 설치한다. 그리고, 하프톤막(12)의 측벽을 덮는 차광막(14)에 의해 하프톤막(2)에서 산란된 산란광을 제한하여, 인접하는 하프톤막(2)에서 산란한 산란광과 중복되지 않도록 한다.

Description

하프톤 위상 시프트 마스크 및 그를 이용한 레지스트 노광 방법 및 레지스트 노광 장치{HALFTONE TYPE PHASE SHIFT MASK, AND RESIST EXPOSURE METHOD AND RESIST EXPOSURE DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 원하는 패턴으로 형성된 하프톤막을 갖는 하프톤 위상 시프트 마스크 및 그를 이용한 레지스트 노광 방법 및 레지스트 노광 장치에 관한 것이다.

레지스트 노광 장치에서 이용되는 일반적인 마스크는, 빛을 투과하는 투명 기판에 빛을 차단하는 차광층이 선택적으로 형성되고, 차광층이 형성되어 있지 않은 부분을 빛이 일정 위상으로 통과하고, 차광층이 형성되어 있는 부분에서는 빛이 투과되지 않는다. 그러나, 이러한 마스크는 차광층의 엣지 부분에서 빛의 파괴 및 간섭 현상이 일어나, 실질적으로는 차광 영역이 감소하여 원하는 패턴을 정확하게 재현할 수 없었다.

이러한 일반적인 마스크의 단점을 해결하는 것으로서 하프톤 위상 시프트 마스크가 있다. 이 하프톤 위상 시프트 마스크는 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 원하는 패턴으로 형성된 하프톤막을 갖는다. 이 하프톤막은 위상을 180 ° 시프트시켜 입사되는 빛을 4 내지 30 ％만 투과시키는 것이다. 여기서, 기판이 노출된 영역이 노광광을 그대로 투과하는 투과 영역이며, 하프톤막이 형성되어 있는 영역이 노광광의 위상을 시프트하는 위상 시프트 영역이다.

도4에 하프톤막의 투과율과 콘트라스트와의 관계를 나타낸다. 이는, 100 ㎚의 1 : 1 라인과 스페이스 패턴에 대해 파장 157 ㎚의 노광광을 이용한 경우에 대해 행한 시뮬레이션 결과이며, 콘트라스트라 함은 투명 영역과 위상 시프트 영역과의 경계에 있어서의 광강도의 콘트라스트인 것이다. 이 조건에 있어서, 광강도의 콘트라스트가 최대가 되는 하프톤막의 투과율은 10 내지 15 ％이다. 그런데, 하프톤막의 투과율이 15 ％ 이상이면, 투과 영역과 위상 시프트 영역과의 경계에 있어서 콘트라스트가 저하되어 버린다.

또한, 도5에 하프톤막의 투과율과 레지스트 해상도의 관계를 나타낸다. 이는, 100 ㎚의 1 : 1 라인과 스페이스 패턴에 대해 파장 157 ㎚의 노광광을 이용하여 레지스트 전사한 결과이다. 이 조건에 있어서, 레지스트 해상도가 최소가 되는 하프톤 위상 시프트막의 투과율은 17.3 ％이다. 그런데, 하프톤막의 투과율이 21.9 ％ 이상이면 레지스트 해상도가 저하되어 버린다.

이러한 문제가 일어나는 원인을 설명하기 위해, 이하에 저투과율의 하프톤막을 이용한 경우와 고투과율의 하프톤막을 이용한 경우의 빛의 진폭과 광강도를 비교한다.

우선, 도6에 저투과율의 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용한 경우의 빛의 진폭과 광강도 프로파일을 도시한다. 하프톤 위상 시프트 마스크는, 투명 기판(1)과 이 투명 기판 상에 원하는 패턴으로 형성된 하프톤막(2)을 갖는다. 그리고, 하프톤막(2)으로 덮여 있지 않은 투과 영역을 투과한 빛(4)에 대해, 하프톤막(2)을 투과한 빛 및 그 산란광은 역위상이 된다. 여기서, 하프톤막(2)은 저투과율이므로 역위상광의 광진폭(5) 및 역위상 산란광의 광강도 진폭(5a)은 작다. 따라서, 이들을 포갠 빛의 광강도 프로파일(6)은 커진다.

한편, 도7에 고투과율의 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용한 경우의 빛의 진폭과 광강도 프로파일을 도시한다. 여기서, 하프톤막(2)은 고투과율이므로 역위상광의 광진폭(5) 및 역위상 산란광의 광강도 진폭(5a)은 크다. 또, 하프톤막(2)을 투과한 빛의 산란광은 인접하는 하프톤막(2)에서 투과한 빛의 산란광과 중복되어 역위상의 광강도를 증폭시킨다. 따라서, 이 증폭된 역위상 산란광의 광강도 진폭(5a)이 광강도 프로파일(6) 저하의 원인이 되고 있다. 그리고, 이것이 원인이 되어 하프톤막의 투과율이 높으면 콘트라스트 및 레지스트 해상도가 저하된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 하프톤막의 투과율이 높은 경우라도 콘트라스트 및 레지스트 해상도가 저하되지 않는 하프톤 위상 시프트 마스크 및 그를 이용한 레지스트 노광 방법을 얻는 것이다.

도1은 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도.

도2는 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용한 경우의 빛의 진폭과 광강도 프로파일을 도시하는 도면.

도3은 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크를 갖는 레지스트 노광 장치의 기술 개념을 도시하는 도면.

도4는 하프톤막의 투과율과 콘트라스트와의 관계를 나타내는 그래프.

도5는 하프톤막의 투과율과 레지스트 해상도의 관계를 나타내는 그래프.

도6은 저투과율의 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용한 경우의 빛의 진폭과 광강도 프로파일을 도시하는 도면.

도7은 고투과율의 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용한 경우의 빛의 진폭과 광강도를 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 11 : 투명 기판

2, 12 : 하프톤막

4 : 광진폭

5 : 역위상광의 광진폭

5a : 역위상 산란광의 광강도 진폭

6 : 광강도 프로파일

13, 15 : 전자선 레지스트

14 : 차광막

30 : 노광 광원

31 : 하프톤 위상 시프트 마스크

32 : 노광 투영계 렌즈

33 : 베이스 부재

34 : 레지스트

본 발명에 관한 하프톤 위상 시프트 마스크는 투명 기판과, 이 투명 기판 상에 원하는 패턴으로 형성된 하프톤막과, 이 하프톤막의 측벽을 덮는 차광막을 갖는다. 본 발명의 그 밖의 특징은 이하에 명백하게 한다.

도1은 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크의 제조 공정을 도시하는 단면도이다. 우선, 도1의 (a)에 도시한 바와 같이 투명 기판(11) 상에 하프톤막(12)을 스패터에 의해 형성한다. 투명 기판(11)의 재료는 노광으로 이용하는 노광광의 파장에 있어서, 투과율 80 ％ 이상의 높은 것이어야만 한다. 그래서, 파장 157 ㎚ 이상의 파장을 갖는 노광광에 대해 투과율 85 ％의 개량형 석영 유리가 이용된다. 또, 투명 기판(11)의 크기는 6 인치각, 두께는 0.25 인치이다. 한편, 하프톤막(12)은 적용하는 노광광의 파장에 있어서, 포토 레지스트 전사시에 사이드 로브 패턴이 발생되는 일이 없고, 또한 투과하는 빛의 위상을 180 ° 시프트해야만 한다. 이 조건을 충족시키도록 하프톤막(12)의 막 두께 및 재료가 선택된다. 이 하프톤막(12)의 재료로서, TaSi(탄탈실리사이드), ZrSi(지르콘실리사이드), MoSi(몰리브덴실리사이드), CrF(크롬플로라이드), SiO₂(실리콘옥사이드) 등이이용된다. 특히, 하프톤막(12)으로서 TaSi를 함유하는 것을 이용한 경우, F2(파장 157 ㎚) 레이저광의 조사에 대해 하프톤막(12)의 막 감소가 적다고 하는 이점이 있다. 그리고, 하프톤막(12) 상에 전자선 레지스트(13)를 형성하고, 전자 빔을 선택적으로 조사하여 묘화를 행한다.

다음에, 도1의 (b)에 도시한 바와 같이 전자선 레지스트(13)의 현상을 행한다. 여기서는, 전자선 레지스트(13)로서 포지티브 레지스트를 적용하고 있기 때문에, 전자 빔이 조사된 영역의 전자선 레지스트(13)가 현상액에 용해하여 하프톤막(12)이 노출된다.

그리고, 도1의 (c)에 도시한 바와 같이 전자선 레지스트(13)를 마스크로 하고 하프톤막(12)을 드라이 에칭하여 투명 기판(1)을 부분적으로 노출시킨다. 이 때, 하프톤막(12)과 투명 기판(11)의 에칭 선택비를 충분히 높게 해야만 한다. 그래서 드라이 에칭은, 예를 들어 투명 기판(11)이 개량형 석영 유리이고 하프톤막(12)이 MoSi인 경우, 에칭 가스로서 CF4(테트라플루오로메탄)와 O₂(산소)를 유량 비율 20 : 1로 제어한 것을 이용하고, 평행 평판형 리액티브 이온 에칭(RIE)법에 의해 행한다.

다음에, 도1의 (d)에 도시한 바와 같이 전자선 레지스트(13)를 박리 제거한다. 이 때에 이용하는 박리액에 대해, 노출되어 있는 투명 기판(11)과 하프톤막(12)은 충분한 내성이 있어야만 한다. 그래서 전자선 레지스트(13)의 박리액으로서는, 황산과 과산화수소수를 3 : 1의 비율로 혼합한 혼합액이 이용된다.

그리고, 도1의 (e)에 도시한 바와 같이 스패터 또는 진공 증착 등에 의해 노출되어 있는 투명 기판(11)과 하프톤막(12)을 덮도록 차광막(14)을 형성한다. 이 차광막(14)의 재료는, 적용하는 노광광의 파장에 대해 투과율이 작은 것이어야만 한다. 예를 들어, 157 ㎚ 이상의 파장에 대해 투과율이 0.5 ％ 이하인 Cr(크롬)이 이용된다. 그리고, 차광막(14) 상에 전자선 레지스트(15)를 형성하고 전자 빔을 선택적으로 조사하여 묘화를 행한다. 이 때, 전자 빔이 하프톤막(12) 측벽의 일정 부분 이외의 차광막(14) 상의 전자선 레지스트(15)에 조사되도록 한다.

다음에, 도1의 (f)에 도시한 바와 같이 전자선 레지스트(15)의 현상을 행한다. 여기서는, 전자선 레지스트(15)로서 포지티브 레지스트를 적용하고 있기 때문에, 전자 빔이 조사된 영역의 전자선 레지스트(15)는 현상액에 용해되어 차광막(14)이 노출된다.

그리고, 도1의 (g)에 도시한 바와 같이 전자선 레지스트(15)를 마스크로 하고 차광막(14)을 드라이 에칭하여, 투명 기판(11) 및 하프톤막(12)을 부분적으로 노출시킨다. 이 드라이 에칭에 대해, 투명 기판(11) 및 하프톤막(12)은 충분한 내성이 있어야만 한다. 그래서, 드라이 에칭은 차광막(14)이 Cr인 경우, 에칭 가스로서 CCl₄(테트라클로로메탄)과 O₂(산소), 혹은 CH₂Cl₂(디클로로메탄)과 O₂(산소)를 유량 비율 1 : 3으로 제어한 것을 이용하여 평행 평판형 리액티브 이온 에칭(RIE)법에 의해 행한다.

다음에, 도1의 (h)에 도시한 바와 같이 전자선 레지스트(15)를 박리 제거한다. 이 때에 이용하는 박리액에 대해, 노출되어 있는 투명 기판(11)과 하프톤막(12)은 충분한 내성이 있어야만 한다. 그래서, 전자선 레지스트(15)의 박리액으로서는 황산과 과산화수소수를 3 : 1의 비율로 혼합한 혼합액이 이용된다.

이상과 같이 하여 형성된 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크는 투명 기판(11)과, 이 투명 기판(11) 상에 원하는 패턴으로 형성된 하프톤막(12)과, 이 하프톤막(12)의 측벽을 덮는 차광막(14)을 갖는다.

도2에 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용한 경우의 빛의 진폭과 광강도 프로파일을 도시한다. 하프톤막(12)으로 덮여 있지 않은 투과 영역을 투과한 빛(4)에 대해, 하프톤막(12)을 투과한 빛 및 그 산란광은 역위상이 된다. 여기서, 하프톤막(12)의 측벽을 덮는 차광막(14)에 의해 하프톤막(12)을 투과한 빛의 산란광은 제한되어, 인접하는 하프톤막(12)으로 산란한 빛의 산란광과는 중복되지 않는다. 이에 의해, 역위상 산란광의 광강도 진폭(5a)의 증폭을 막을 수 있어, 광강도 프로파일(6) 중 투명 영역을 투과한 빛의 광강도 프로파일을 크게 할 수 있다. 따라서, 하프톤막(12)의 투과율이 높은 경우라도 콘트라스트 및 레지스트 해상도의 저하를 막을 수 있다.

도3에, 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크를 갖는 레지스트 노광 장치를 도시한다. 이 레지스트 노광 장치에 있어서, 노광 광원(30)으로부터 발하는 노광광이 하프톤 위상 시프트 마스크(31)를 투과하여 노광 투영계 렌즈(32)에 입사되고, 이 노광 투영계 렌즈(32)의 내부에서 수렴되어 웨이퍼 등의 베이스 부재(33) 상에 형성된 레지스트(34)에 조사된다. 또한, 본 실시 형태의 레지스트 노광 방법은 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크(31)를 이용하여 베이스 부재(33) 상에 형성된 레지스트(34)를 노광한다.

이러한 본 실시 형태의 하프톤 위상 시프트 마스크를 갖는 레지스트 노광 장치 및 레지스트 노광 방법에 의해, 하프톤막의 투과율이 높은 경우라도 콘트라스트 및 레지스트 해상도의 저하를 막을 수 있다.

본 발명은, 이상 설명한 바와 같이 하프톤막의 투과율이 높은 경우라도 콘트라스트 및 레지스트 해상도의 저하를 막을 수 있다.

Claims

투명 기판과, 이 투명 기판 상에 원하는 패턴으로 형성된 하프톤막과, 이 하프톤막의 측벽을 덮는 차광막을 갖는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
제1항에 있어서, 상기 하프톤막은 적어도 TaSi를 함유하는 것을 특징으로 하는 하프톤 위상 시프트 마스크.
제1항에 기재된 하프톤 위상 시프트 마스크를 이용하여, 베이스 부재 상에 형성된 레지스트를 노광하는 것을 특징으로 하는 레지스트 노광 방법.
제1항에 기재된 하프톤 위상 시프트 마스크를 갖는 것을 특징으로 하는 레지스트 노광 장치.