KR20050121746A - 노광 방법, 마스크, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체장치 - Google Patents

노광 방법, 마스크, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체장치 Download PDF

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KR20050121746A
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마사키 요시자와
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

멤브레인(membrane)의 휨(deflection)에 의한 리지스트(resist) 패턴(pattern) 치수(dimension)의 불균일(irregularity)을 억제할 수 있는 노광(exposure) 방법 및 마스크(mask)와, 미세 패턴이 고정밀도로 형성된 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공한다. 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 마스크를 통하여 노광 대상물에 노광용 빔(beam)을 조사(照射)하는 노광 방법이며, 유지된 마스크의 휨량(deflection amount)의 분포를 구하는 공정과, 휨량에 따라 노광량, 노광용 빔의 초점 거리 또는 마스크 패턴 치수를 변화시켜, 노광 대상물에 전사(轉寫)되는 패턴의 휨량에 따른 치수의 변동이 보정되는 노광량, 초점 거리 또는 마스크 패턴 치수로, 노광용 빔을 조사하는 공정을 가지는 노광 방법, 그것에 이용하는 마스크, 그 노광 방법을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법, 및 그 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치.

Description

노광 방법, 마스크, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치{Exposure method, mask, semiconductor device manufacturing method, and semiconductor device}
본 발명은, 마스크(mask)를 이용하는 노광(露光) 방법과, 마스크, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치에 관한 것이다.
포토리소그래피(photolithography)에 대신하는 차세대의 노광 기술로서, 전자 빔(beam), 이온(ion) 빔이라고 하는 하전(荷電) 입자, 또는 연(軟)X선(EUV;extreme ultraviolet), X선 등의 노광용 빔을 이용하는 전사형(轉寫型)의 리소그래피(lithography)가 개발되어 있다. 이것들의 전사형 리소그래피는, 두께 100nm~10㎛ 정도의 박막(멤브레인(membrane))을 가지는 마스크를 이용하여, 멤브레인으로 형성된 개구부(開口部)의 패턴(pattern)을 웨이퍼(wafer)상의 리지스트(resist)에 전사한다.
멤브레인에 소정의 패턴으로 개구부가 형성된 마스크는, 스텐실 마스크(stencil mask)로 일컬어진다. 스텐실 마스크는, 예를 들면, Pfeiffer, Jpn. J. Appl. Phys. 34, 6658 (1995)에 개시(開示)되어 있다. 또, 노광용 빔이 투과하는 멤브레인 상에 노광용 빔을 산란시키는 금속막 등이 소정의 패턴으로 형성된 마스크는, 멤브레인 마스크로 일컬어진다. 멤브레인 마스크는, 예를 들면, L. R. Harriott, Journal of Vacuum Science and Technology B 15, 2130 (1997)에 개시되어 있다.
전자빔 전사형 리소그래피는, 마스크를 투과한 전자빔을 축소 투영하는 방식(예를 들면 PREVAIL;projection exposure with variable axis immersion lenses)과, 마스크와 웨이퍼를 근접시켜, 마스크 패턴을 등배(等倍)로 전사하는 방식(LEEPL;low energy electron-beam projection lithography)을 가진다. 상기의 스텐실 마스크를 개시하고 있는 문헌은, PREVAIL에 관하여도 개시하고 있다. 또, LEEPL은, 예를 들면, T. Utsumi, Journal of Vacuum Science and Technology B 17, 2840 (1999)에 개시되어 있다. LEEPL은 낮은 에너지의 전자빔이 이용되기 때문에, 전자빔이 멤브레인 마스크를 투과하지 못한다. 그 때문에, LEEPL에는 멤브레인 마스크가 아니고 스텐실 마스크가 이용된다. 예를 들면, 특개 2002-231599호 공보, 특개 2002-252157호 공보, 특개 2002-270496호 공보, 및 특개 2002-343710호 공보는, LEEPL에 아주 적합한 스텐실 마스크를 개시하고 있다.
스텐실 마스크나 멤브레인 마스크에 있어서는, 멤브레인의 내부 응력이나 노광 상태의 마스크에 가해지는 중력에 의해, 패턴 전사 영역에 휨이 발생한다. 이하, 패턴 전사 영역이란, 노광용 빔의 투과부를 형성할 수 있는 영역을 가리킨다. 멤브레인을 지지하기 위하여 실리콘 웨이퍼 등의 후막(厚膜)은, 패턴 전사 영역 이외의 멤브레인에 적층(積層)된다.
도 1에 나타내는 멤브레인(101)에 대들보 모양의 보강 부분(양(梁))(102)이 형성된 스텐실 마스크도 상기의 특개 2002-231599호 공보에 개시되어 있다. 그러나 대들보의 굵기나 간격에 의해서는, 대들보도 멤브레인과 함께 휘는 경우가 있다. 이와 같이, 멤브레인 및 대들보가 휘는 마스크는, 실제로는 개구부(노광용 빔의 투과부)가 배치되지 않는 대들보 부분을 패턴 전사 영역으로서 포함한다.
멤브레인이 휘면, 패턴 전사 영역 내에 있어서, 웨이퍼와 마스크의 간격은 멤브레인의 휨량에 따라 다른 분포를 갖는다. 이하, 웨이퍼와 마스크의 간격을 갭(gap)이라고 한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 멤브레인(101)의 개구부(103)를 투과하는 전자빔(EB)은, 수직 성분뿐만 아니라 기울기 성분도 포함한다. 따라서, 멤브레인(101)과 웨이퍼(104)의 갭(g)이 큰 만큼, 보다 넓은 범위의 리지스트에 전자빔(EB)이 조사(照射)된다.
도 3은 적산(積算) 노광 강도(强度)의 일례를 나타낸다. 도 3에 있어서, 곡선(A)은 도 2의 갭(g)이 작은 경우의 예이며, 곡선(B)은 갭(g)이 큰 경우의 예이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 전자빔의 에너지를 일정하게 한 채 갭을 크게 하면, 곡선(B)에 나타내는 바와 같이 적산 노광 강도는 작아지며, 조사 영역의 폭이 넓어진다. 또, 곡선(B)에 나타내는 상태는 곡선(A)보다 초점이 크게 흐릿해진 상태에 상당한다.
노광에 의해 어느 부분의 리지스트에 축적되는 에너지가 소정의 값(임계치())(α)로 한다. 이상이 되면, 리지스트는 현상액에 대한 용해성을 변화시킨다(잠상(潛像)). 현상에 의해, 잠상 패턴으로 리지스트 패턴이 형성된다. 패턴의 미세화의 요청을 위하여, 임계치(α)는 적산 노광 강도의 피크 높이보다 낮은 범위에서, 조금 높게 정해진다. 따라서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 갭이 큰 부분(곡선 B)에서는, 상대적으로 리지스트 패턴 치수가 작아진다.
도 4는, 종래의 노광 방법에 의해 휜 마스크를 통하여 웨이퍼상의 리지스트를 노광했을 때의 리지스트 패턴 치수의 불균일을 나타내는 모식도(模式圖)이다. 개구부(103a~103c)에 똑같은 노광량(露光量)을 조사했을 때의 각 개구부에 있어서의 적산 노광량 강도, 리지스트에 형성되는 패턴의 흐릿해짐 및 패턴 치수, 및 멤브레인(101)과 웨이퍼의 갭을 나타낸다. 도 4에 나타내는 멤브레인(101)에 형성된 개구부(103a~103c)의 선폭(線幅)은 모두 같은 상태가 된다. 멤브레인(101)의 휨에 의해, 개구부(103b)에서 갭이 최소로 된다.
개구부(103a~103b)에 똑같은 노광량으로 전자빔이 조사되면, 개구부(103b)를 통과한 전자빔은 도 3의 곡선(A)에 상당하는 적산 노광 강도를 주고, 개구부(103a, 103c)를 통과한 전자빔은 도 3의 곡선(B)에 상당하는 적산 노광 강도를 준다. 개구부(103a~103b)에 조사된 노광량을 임시로 1이라고 한다. 개구부(103a, 103c)를 통과한 전자빔에 의해 소망의 치수의 리지스트 패턴이 형성되는 경우, 개구부(103b)를 통과한 전자빔에 의해 전사되는 리지스트 패턴 치수는 커진다.
상기와 같이 휜 마스크를 이용하여 노광을 행하면, 형성되는 리지스트 패턴의 치수가 변동하고, 노광 마진도 저하한다. 이러한 리지스트 패턴을 이용하여 에칭 공정 등에 의해 반도체 장치를 제조하면, 디바이스 성능이 저하하기도 하고, 제품 비율이 저하하기도 한다.
도 1은 스텐실 마스크의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2는 웨이퍼 마스크 간격(갭)에 의존한 전자빔의 퍼짐성을 나타내는 도면이다.
도 3은 적산 노광 강도의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 노광 방법에 의해 얻어지는 리지스트 패턴 치수를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 관계되는 노광 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 관계되어, 웨이퍼 마스크 간격(갭)과 리지스트 패턴 치수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 관계되어, 노광량과 리지스트 패턴 치수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 관계되는 노광 방법에 의해 얻어지는 리지스트 패턴 치수를 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 2에 관계되는 노광 방법을 나타내는 흐름도 이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에 관계되는 노광 방법에 의해 얻어지는 리지스트 패턴 치수를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 3에 관계되는 노광 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 3에 관계되는 노광 방법에 의해 얻어지는 리지스트 패턴 치수를 나타내는 모식도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 멤브레인(membrane) 2a~2c : 개구부(開口部)
101 : 멤브레인 102 : 대들보(양(梁))
103, 103a~103c : 개구부 104 : 웨이퍼(wafer)
본 발명은, 상기의 문제점을 감안하여 행해진 것이며, 따라서 본 발명은, 멤브레인의 휨에 의한 리지스트 패턴 치수의 불균일을 억제할 수 있는 노광 방법 및 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 미세 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법과, 미세 패턴이 고정밀도로 형성된 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 노광 방법은, 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 마스크를 통하여 노광 대상물에 상기 노광용 빔을 조사하는 노광 방법이며, 유지된 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과, 휨량에 따라 노광용 빔의 노광량 또는 초점 거리를 변화시켜, 노광 대상물에 전사되는 패턴의 휨량에 따른 치수의 변동을 보정하는 노광량 또는 초점 거리로, 노광용 빔을 조사하는 공정을 가진다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 노광 방법은, 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 마스크를 통하여 노광 대상물에 노광용 빔을 조사하는 노광 방법이며, 유지된 제1의 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과, 휨량에 따라 마스크 패턴 치수를 변화시켜, 노광 대상물에 전사되는 패턴의 휨량에 따른 치수 변동을 보정하는 마스크 패턴 치수로, 제2의 마스크를 제작하는 공정과, 제2의 마스크를 통하여 노광 대상물에 노광용 빔을 조사하는 공정을 가진다.
이것에 의해, 마스크의 휨에 의한 패턴의 치수 변동이 억제된다. 마스크 면내에서 노광용 빔의 노광량 또는 초점 거리, 또는 마스크 패턴 치수를 변화시킴으로써, 마스크와 노광 대상물의 거리에 의존한, 전사되는 패턴 치수의 변화가 보정된다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 마스크는, 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크이며, 마스크를 유지하여, 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 마스크를 통하여 노광 대상물에 노광용 빔을 조사할 때의 마스크의 휨량에 따라, 마스크 패턴 치수가 보정되고 있다. 이것에 의해, 노광 대상물에 전사되는 패턴에 있어서, 마스크의 휨에 의한 치수의 변동이 억제된다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기의 본 발명의 노광 방법에 따른 노광 공정을 포함한다. 이것에 의해, 소망의 치수의 리지스트 패턴을 형성할 수 있고, 반도체 장치에 미세 패턴을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명의 반도체 장치는, 마스크의 휨량에 따라 노광용 빔의 노광량 또는 초점 거리 또는 마스크 패턴 치수를 변화시킴으로써, 마스크의 휨에 의한 치수의 변동이 보정된 리지스트 패턴을 이용하여, 적어도 일부의 패턴이 형성되고 있다. 이것에 의해, 미세 패턴이 고정밀도로 형성되어, 리지스트 패턴 치수의 불균일에 의한 디바이스 성능의 저하나, 제품 비율의 저하가 방지된다.
이하에, 본 발명의 노광 방법, 마스크, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치의 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 실시 형태는, 특히 LEEPL에 매우 적합하다.
(실시 형태 1)
본 실시 형태에서는, 마스크의 휨량에 따라 노광량을 조절하여, 리지스트 패턴 치수의 변동을 억제한다. 도 5의 흐름도를 참조하여, 본 실시 형태의 노광 방법을 설명한다.
스텝 1(STl)
우선, 스텐실 마스크 또는 멤브레인 마스크의 휨량을 정전 용량 센서 등으로 측정하여, 패턴 전사 영역 내에 있어서의 휨량의 분포(g(x, y))를 얻는다. 또는, 멤브레인의 내부 응력과 중력의 영향을 고려하여, 휨량의 분포(g(x, y))를 산출해도 좋다. 여기에서, 웨이퍼와 마스크의 간격(갭)의 최소치를 gmin, 최대치를 gmax 로 한다.
이후의 설명을 위하여, 설정 갭(Z㎛)이란 gmin=Z㎛가 되는 상태로 정의한다.
예를 들면, 설정 갭이 40㎛ 일때, 패턴 전사 영역내의 위치(x1, y1)에 있어서 gmin=40㎛, 위치(x2 , y2 )에 있어서 gmax=50㎛로 되는 휨이 마스크에 생기고 있었다고 가정한다.
스텝 2(ST2)
최적 노광량과 설정 갭의 관계를, 노광 실험에 의해 측정한다. 최적 노광량은, 주목하는 리지스트 패턴을 설계치와 같은 치수(CD；Critical dimension)로 하는 노광량을 가리킨다. 노광 실험에 의하면, 미리 설정된 CD에 있어서 설정 갭과 노광량의 관계가 구해진다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 노광량을 일정하게 하고 설정 갭을 크게 하면, CD는 작아진다. 또, 도 7에 나타내는 바와 같이, 설정 갭을 일정하게 하고 노광량을 크게 하면, CD는 커진다. 패턴 전사 영역내에 있어서, 동일한 CD가 얻어지는 설정 갭과 노광량을 대응시킴으로써, 최적 노광량의 설정 갭 의존성을 구할 수 있다.
예를 들면, 소망의 리지스트 패턴 치수를 100 nm로서 노광 실험을 행하면, 설정 갭 40㎛ 일때의 최적 노광량이 2.OμC/㎠, 설정 갭 50㎛ 일때의 최적 노광량이 2.2μC/㎠로　된다. 또한, 스텝 1과 스텝 2의 순서는 역이라도 좋다.
스텝 3(ST3)
스텝 1에서 구한 휨량의 분포(g(x, y))와, 스텝 2에서 구한 설정 갭에 의존하는 최적 노광량을 이용하여, 휨에 의한 치수 변동을 보정하기 위한 패턴 전사 영역내의 최적 노광량 분포(Dose(x, y))를 구한다. 상기의 예에서는, Dose(x1, y1)=2.0μC/㎠, Dose(x2, y2)=2.2μC/㎠가 얻어진다. 또한, 도 6에 나타내는 Δg=gmax-gmin에 있어서의 ΔCD는, 휨에 의한 CD의 면내 불균일에 상당한다. 도 6에 나타내는 ΔCD를 도 7에 있어서의 노광량(EXP)과 대응시키면, 휨에 의한 CD의 면내 불균일을 해소하기 위하여 최적 노광량을 조정하는 범위(ΔDose)를 알 수 있다.
스텝 4(ST4)
스텝 3에서 구한 최적 노광량 분포(Dose(x, y))에 근거하여, 노광량을 조절하고 웨이퍼상의 리지스트를 노광한다. 이것에 의해, 휜 마스크를 이용해도, 패턴 전사 영역내에서 균일한 리지스트 패턴 치수가 얻어진다.
도 8은, 본 실시 형태의 노광 방법에 의해 휜 마스크를 통하여 웨이퍼상의 리지스트를 노광했을 때의 리지스트 패턴 치수를 나타내는 모식도이다. 개구부(2a~2c)에 조절된 노광량을 조사했을 때에 리지스트에 형성되는 패턴의 흐릿해짐 및 패턴 치수, 및 멤브레인(1)과 웨이퍼의 갭을 나타낸다. 실선의 곡선은 적산 노광 강도를 나타낸다. 노광에 의해 리지스트에 축적되는 에너지가 임계치(α)를 넘은 부분에 리지스트 패턴이 형성된다. 도 8의 멤브레인(1)에 형성된 개구부(2a~2c)의 선폭은, 멤브레인(1)이 휘지 않는 상태에서 모두 똑같다.
멤브레인(1)의 휨에 의해, 개구부(2b)에서 갭이 최소로 된다. 본 실시 형태의 노광 방법에 의하면, 갭에 따라 노광량을 조절한다. 갭이 상대적으로 큰 개구부(2a, 2c)의 노광량을 1로 했을 때, 갭이 상대적으로 작은 개구부(2b)의 노광량을 예를 들면 0.8로 한다.
참고를 위하여, 개구부(2b)의 노광량을 1로 했을 때의 적산 노광 강도를 파선(破線)의 곡선으로 나타낸다. 이 파선의 곡선은, 도 4에 나타내는 개구부(103b)의 적산 노광 강도를 나타낸다. 개구부(2b)의 노광량을 작게 함으로써, 적산 노광 강도의 피크는 작아진다. 개구부(2b)에 있어서의 갭이 작기 때문에, 전자빔의 기울기 성분에 의한 적산 노광 강도의 폭 방향의 퍼짐성은 작다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 개구부(2b)를 통하여 형성되는 리지스트 패턴 치수는, 도 4의 개구부(103b)를 통하여 형성되는 리지스트 패턴 치수에 비교하여 가늘어지며, 갭이 다른 개구부(2a~2c)에 있어서 전사되는 리지스트 패턴 치수를 균일하게 할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 실시 형태에 있어서는, 마스크의 휨량에 따라 포커스(초점 거리)를 조절하여, 리지스트 패턴 치수의 변동을 억제한다. 도 9의 흐름도를 참조하여, 본 실시 형태의 노광 방법을 설명한다.
스텝 1(STl)
우선, 실시 형태 1의 스텝 1과 동일하게, 스텐실 마스크 또는 멤브레인 마스크의 패턴 전사 영역내에 있어서의 휨량의 분포(g(x, y))를 구한다. 예를 들면, 패턴 전사 영역내의 위치(x1, y1)에 있어서 gmin=40㎛, 위치(x2, y2)에 있어서 gmax=50㎛로 되는 휨이 마스크에 생기고 있었다고 가정한다.
스텝 2(ST2)
최적 포커스(focus)와 설정 갭의 관계를, 노광 실험에 의해 측정한다. 여기에서, 최적 포커스는, 최적 노광량으로 노광하여 형성되는 리지스트 패턴을 설계치와 동일한 치수(CD)로 하는 포커스를 가리킨다. 또, 노광용 빔은 전자빔을 이용하여, 전자 광학계의 콘덴서 렌즈에 인가하는 전압(볼트(Ⅴ))을 포커스 설정치로 한다. 포커스 설정치를 변화시킴으로써, 노광용 빔의 초점 거리가 조절된다.
실시 형태 1의 스텝 2와 동일한 노광 실험을 행하고, 최적 노광량과 설정 갭의 관계를 구한다. 즉, 소정의 설정 갭에 있어서 소망의 CD가 얻어지는 최적 노광량을 구한다. 다음에, 그 설정 갭과 최적 노광량을 소망의 CD가 얻어지는 범위 내에서 일정하게 하고, 포커스 설정치를 변화시켜, CD의 변화를 측정한다. 이것에 의해, 소정의 설정 갭과 노광량에 있어서의, CD의 포커스 설정치 의존성이 구해진다.
이러한 CD의 포커스 설정치 의존성을, 상기와 다른 설정 갭과 최적 노광량을 이용하여 측정한다. 도 6에 나타내는 바와 같은 CD의 설정 갭 의존성은, 최적 노광량과 설정 갭의 관계를 측정하는 단계에서 이미 알게 되어 있다. 동일한 CD가 얻어지는 설정 갭과 포커스 설정치를 대응시킴으로써, 어느 노광량에 있어서의 최적 포커스 설정치와 설정 갭의 관계를 구할 수 있다. 결국, 포커스는 포커스 설정치에 의해서 결정되므로, 어느 노광량에 있어서의 최적 포커스와 설정 갭의 관계가 구해진다.
예를 들면, 소망의 CD를 100 nm로 하고, 설정 갭 40㎛ 일때에 CD=100 nm로 되는 최적 노광량을 2.2μC/㎠으로 하여, 이 때의 포커스 설정치(최적 포커스 설정치)를 1400으로 한다. 노광량을 2.2μC/㎠으로 한 채, 설정 갭을 50㎛로 하면, 100 nm의 CD가 얻어지는 최적 포커스 설정치는 1500으로 된다.
스텝 3(ST3)
스텝 1에서 구한 휨량의 분포(g(x, y))와, 스텝 2에서 구한 설정 갭에 의존하는 최적 포커스 설정치로부터, 휨에 의한 치수 변동을 보정하기 위한 패턴 전사 영역내의 최적 포커스 설정치 분포(Focus(x, y))를 구한다. 상기의 예에서는, Focus(x1, y1)=1400, Focus(x2, y2)=1500이 얻어진다.
스텝 4(ST4)
스텝 3에서 구한 최적 포커스 설정치 분포(Focus(x, y))에 근거하고, 포커스 위치를 조절하여 웨이퍼상의 리지스트를 노광한다. 이것에 의해, 휜 마스크를 이용해도, 패턴 전사 영역내에서 균일한 리지스트 패턴 치수가 얻어진다.
도 10은, 본 실시 형태의 노광 방법에 의해 휜 마스크를 통하여 웨이퍼상의 리지스트를 노광했을 때의 리지스트 패턴 치수를 나타내는 모식도이다. 개구부(2a~2c)에 똑같은 노광량을 조사했을 때에 리지스트에 형성되는 패턴의 흐릿해짐 및 패턴 치수, 및 맴브레인(1)과 웨이퍼의 갭을 나타낸다. 실선의 곡선은 적산 노광 강도를 나타낸다. 노광에 의해 리지스트에 축적되는 에너지가 임계치(α)를 넘은 부분에 리지스트 패턴이 형성된다. 도 10에 나타내는 멤브레인(1)에 형성된 개구부(2a~2c)의 선폭은, 멤브레인(1)이 휘지 않는 상태에서 모두 똑같다.
멤브레인(1)의 휨에 의해, 개구부(2b)에서 갭이 최소로 된다. 본 실시 형태의 노광 방법에 의하면, 노광량을 모든 개구부(2a~2c)에서 일정하게 하여, 갭에 따라 포커스를 조절한다. 리지스트에 조사되는 전자빔의 포커스를, 리지스트보다 앞(마스크에 가까운 측) 또는 리지스트보다 깊은 위치(리지스트의 밑바탕의 웨이퍼측)에 비키어 놓음으로써, 리지스트상의 빔 스포트(spot)는 흐릿해진 상태로 된다.
참고를 위하여, 개구부(2b)의 포커스 설정치를 개구부(2a, 2c)의 포커스 설정치와 같게 했을 때의 적산 노광 강도를 파선의 곡선으로 나타낸다. 이 파선의 곡선은, 도 4에 나타내는 개구부(103b)의 적산 노광 강도이다. 개구부(2b)의 포커스를 흐릿해지게 함으로써, 적산 노광 강도의 피크는 작아지며, 개구부(2b)에 있어서 전사되는 리지스트 패턴 치수는 넓어진다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 개구부(2b)를 통하여 전사되는 리지스트 패턴 치수는, 도 4의 개구부(103b)를 통하여 전사 되는 리지스트 패턴 치수에 비교하여 가늘어진다. 그 결과, 갭이 다른 개구부(2a~2c)를 통하여 전사 되는 리지스트 패턴 치수를 균일하게 할 수 있다.
(실시 형태 3)
본 실시 형태에 있어서는, 마스크의 휨량에 따라 마스크 패턴 치수를 조절하여, 리지스트 패턴 치수의 변동을 억제한다. 도 11의 흐름도를 참조하여, 본 실시 형태의 노광 방법을 설명한다.
스텝 1(STl)
우선, 실시 형태 1의 스텝 1과 같이, 스텐실 마스크 또는 멤브레인 마스크(제1의 마스크)의 패턴 전사 영역내에 있어서의 휨량의 분포(g(x, y))를 구한다. 예를 들면, 패턴 전사 영역내의 위치(x1, y1)에 있어서 gmin=40㎛, 위치(x2, y2)에 있어서 gmax=50㎛로 되는 휨이 마스크에 생기고 있었다고 가정한다.
스텝 2(ST2)
최적 마스크 패턴 치수와 설정 갭의 관계를, 노광 실험에 의해 측정한다. 최적 마스크 패턴 치수는, 최적 노광량으로 노광하여 형성되는 리지스트 패턴이 설계치와 같은 치수(CD)로 하는 마스크 패턴 치수를 가리킨다. 우선, 실시 형태 1의 스텝 2와 같은 노광 실험을 행하여, 최적 노광량과 설정 갭의 관계를 구한다. 즉, 소정의 설정 갭에 있어서 소망의 CD가 얻어지는 최적 노광량을 구한다. 다음에, 그 설정 갭과 최적 노광량을 소망의 CD가 얻어지는 범위내에서 일정하게 하여, 다른 마스크 패턴 치수에 대하여 얻어지는 CD를 측정한다. 이것에 의해, 소정의 설정 갭과 노광량에 있어서의, CD의 마스크 패턴 치수 의존성이 구해진다.
이러한 CD의 마스크 패턴 치수 의존성을, 다른 설정 갭과 최적 노광량을 이용하여 측정한다. 도 6에 나타내는 바와 같은 CD의 설정 갭 의존성은, 최적 노광량과 설정 갭의 관계를 측정하는 단계에서 이미 알게 되어 있다. 동일한 CD가 얻어지는 설정 갭과 마스크 패턴 치수를 대응시킴으로써, 어느 노광량에서의 최적 마스크 패턴 치수와 설정 갭의 관계를 구할 수 있다.
예를 들면, 소망의 CD를 100 nm로 하고, 설정 갭 50㎛ 일때에 CD=100 nm로 되는 최적 노광량을 2.2μC/㎠로 하고, 이 때의 마스크 패턴 치수(최적 마스크 패턴 치수)를 100 nm로 한다, 노광량을 2.2μC/㎠로 한 채, 설정 갭을 40㎛로 하면, 100 nm의 CD가 얻어지는 최적 마스크 패턴 치수는 90 nm로 된다.
스텝 3(ST3)
스텝 1에서 구한 휨량의 분포(g(x, y))와 스텝 2에서 구한 설정 갭에 의존하는 최적 마스크 패턴 치수로부터, 휨에 의한 치수 변동을 보정하기 위한 패턴 전사 영역내의 최적 마스크 패턴 치수 분포(MaskCD(x, y))를 구한다. 상기의 예에서는, MaskCD(x1, y1)=90 nm, MaskCD(x2, y2)=100 nm가 얻어진다.
스텝 4(ST4)
스텝 3에서 구한 최적 마스크 패턴 치수 분포(MaskCD(x, y))에서 마스크 패턴이 형성된 마스크(제2의 마스크)를 제작한다.
스텝 5(ST5)
스텝 4에서 제작한 마스크를 이용하여, 노광량 및 포커스 설정치를 일정하게 하여 노광한다. 이것에 의해, 휜 마스크를 이용해도, 패턴 전사 영역내에서 균일한 리지스트 패턴 치수가 얻어진다.
또한, 스텝 1에서 휨량의 분포를 측정하는 경우에는, 제1의 마스크에서 측정을 행한 후, 제2의 마스크를 제작한다. 그러나, 스텝 1에서 휨량의 분포를 계산에 의해서 구하는 경우는, 제1의 마스크를 꼭 제작할 필요는 없다. 또, 제1의 마스크를 제작하여, 제1의 마스크에서의 휨량의 측정과 휨량의 계산의 양쪽을 행하여, 휨량 분포를 구해도 좋다. 제2의 마스크는, 본 발명의 실시 형태의 마스크이다.
도 12는, 본 실시 형태의 노광 방법에 의해 휜 마스크를 통하여 웨이퍼상의 리지스트를 노광했을 때의 리지스트 패턴 치수를 나타내는 모식도이다. 개구부(2a~2c)에 똑같은 노광량을 조사했을 때의 각 개구부에 있어서의 적산 노광량 강도, 리지스트에 형성되는 패턴의 흐릿해짐 및 패턴 치수, 및 멤브레인(1)과 웨이퍼의 갭을 나타낸다. 실선의 곡선은 적산 노광 강도를 나타낸다. 노광에 의해 리지스트에 축적되는 에너지가 임계치(α)를 넘은 부분에 리지스트 패턴이 형성된다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 개구부(2a~2c) 가운데, 멤브레인(1)의 휨에 의해 갭이 최소로 되는 개구부(2b)에서는 개구부의 선폭을 작게 한다.
본 실시 형태의 노광 방법에 의하면, 노광량과 노광용 빔의 포커스를 모든 개구부(2a~2c)에서 일정하게 한다. 참고를 위하여, 개구부(2b)의 마스크 패턴 치수를 개구부(2a, 2c)의 마스크 패턴 치수와 같게 했을 때의 적산 노광 강도를 파선의 곡선으로 나타낸다. 이 파선의 곡선은, 도 4에 나타내는 개구부(103b)의 적산 노광 강도이다.
개구부(2b)의 마스크 패턴 치수를 작게 함으로써, 적산 노광 강도의 피크는 작아지며, 리지스트가 조사되는 폭은 좁아진다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 마스크 패턴의 개구부(2b)의 선폭은 도 4의 개구부(103b)의 선폭에 비교하여 가늘어지며, 갭이 다른 개구부(2a~2c)를 통하여 전사 되는 리지스트 패턴 치수를 균일하게 할 수 있다.
상기의 본 발명의 실시 형태의 노광 방법에 의하면, 멤브레인의 휨에 의한 리지스트 패턴 치수의 변동이 억제된다. 또, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기의 노광 방법에 따른 노광 공정을 포함한다. 상기의 노광 방법을 포함하는 리소그래피에서 형성된 리지스트 패턴을, 예를 들면 에칭 등의 프로세스에 이용함으로써, 패턴의 치수 정밀도가 높아져, 반도체 장치의 제품 비율이 향상한다.
본 발명의 반도체 장치는, 상기의 노광 방법을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 따라서 제조된다. 본 발명의 반도체 장치는, 치수 변동이 억제된 리지스트 패턴을 이용하여 패턴이 형성되기 때문에, 패턴의 치수 정밀도가 높고, 디바이스 성능이 향상한다. 본 발명의 노광 방법, 마스크, 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치의 실시 형태는, 상기의 설명으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명은 LEEPL 이외의 전사형 리소그래피에도 적용할 수 있다.
본 발명의 노광 방법 및 마스크에 의하면, 멤브레인 휨에 의한 리지스트 패턴 치수의 불균일을 억제할 수 있다.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치에 의하면, 미세 패턴이 고정밀도로 형성되어, 반도체 장치의 제품 비율이 향상한다.
본 발명의 마스크를 이용하는 노광 방법은, 마스크에 형성된 패턴을 리지스트 막 등에 전사하는 노광에 적용 가능하다. 또, 본 발명의 마스크는, 노광용 빔의 투과부가 소정의 패턴에 형성된 마스크에 적용 가능하다. 더욱이, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치는, 미세 패턴을 형성한다. 예를 들면 대규모 집적회로(Large Scale Integration：LSI) 또는 집적회로(Integrated Circuit：IC) 등의 반도체 장치 및 그것들의 제조에 적용 가능하다.

Claims (16)

  1. 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 상기 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 상기 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 상기 마스크를 통하여 상기 노광 대상물에 상기 노광용 빔을 조사하는 노광 방법이며,
    유지된 상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과,
    상기 휨량에 따라 노광량을 변화시켜, 상기 노광 대상물에 전사되는 패턴의 상기 휨량에 따른 치수의 변동을 보정하는 노광량으로, 상기 노광용 빔을 조사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정은, 상기 휨량을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정은, 상기 마스크의 내부 응력을 이용하여 상기 휨량을 계산하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  4. 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 상기 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 상기 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 상기 마스크를 통하여 상기 노광 대상물에 상기 노광용 빔을 조사하는 노광 방법이며,
    유지된 상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과,
    상기 휨량에 따라 상기 노광용 빔의 초점 거리를 변화시켜, 상기 노광 대상물에 전사되는 패턴의 상기 휨량에 따른 치수의 변동을 보정하는 초점 거리에서, 상기 노광용 빔을 조사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정은, 상기 휨량을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정은, 상기 마스크의 내부 응력을 이용하여 상기 휨량을 계산하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  7. 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 상기 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 상기 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 상기 마스크를 통하여 상기 노광 대상물에 상기 노광용 빔을 조사하는 노광 방법이며,
    유지된 제1의 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과,
    상기 휨량에 따라 상기 마스크 패턴 치수를 변화시켜, 상기 노광 대상물에 전사 되는 패턴의 상기 휨량에 따른 치수의 변동을 보정하는 마스크 패턴 치수로, 제2의 마스크를 제작하는 공정과,
    상기 제2의 마스크를 통하여 상기 노광 대상물에 상기 노광용 빔을 조사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정은, 상기 휨량을 측정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정은, 상기 마스크의 내부 응력을 이용하여 상기 휨량을 계산하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  10. 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크이며,
    상기 마스크를 유지하여, 상기 마스크의 한쪽의 면측에 노광 대상물을 배치하고, 상기 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 상기 마스크를 통하여 상기 노광 대상물에 상기 노광용 빔을 조사할 때의 상기 마스크의 휨량에 따라, 마스크 패턴 치수가 보정되고 있는 것을 특징으로 하는 마스크.
  11. 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 상기 마스크의 한쪽의 면측에 웨이퍼를 배치하고, 상기 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 상기 마스크를 통하여 상기 웨이퍼상의 리지스트에 상기 노광용 빔을 조사하는 노광 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
    상기 노광 공정은, 유지된 상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과,
    상기 휨량에 따라 노광량을 변화시켜, 상기 리지스트에 전사되는 패턴의 상기 휨량에 따른 치수의 변동을 보정하는 노광량으로, 상기 노광용 빔을 조사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 상기 마스크의 한쪽의 면측에 웨이퍼를 배치하고, 상기 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 상기 마스크를 통하여 상기 웨이퍼상의 리지스트에 상기 노광용 빔을 조사하는 노광 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
    상기 노광 공정은, 유지된 상기 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과,
    상기 휨량에 따라 상기 노광용 빔의 초점 거리를 변화시켜, 상기 리지스트에 전사되는 패턴의 상기 휨량에 따른 치수의 변동을 보정하는 초점 거리에서, 상기 노광용 빔을 조사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 소정의 마스크 패턴으로 노광용 빔의 투과부가 형성된 마스크를 유지하여, 상기 마스크의 한쪽의 면측에 웨이퍼를 배치하고, 상기 마스크의 다른 쪽의 면측으로부터 상기 마스크를 통하여 상기 웨이퍼상의 리지스트에 상기 노광용 빔을 조사하는 노광 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이며,
    상기 노광 공정은, 유지된 제1의 마스크의 휨량의 분포를 구하는 공정과,
    상기 휨량에 따라 마스크 패턴 치수를 변화시켜, 상기 리지스트에 전사되는 패턴의 상기 휨량에 따른 치수의 변동을 보정하는 마스크 패턴 치수로, 제2의 마스크를 제작하는 공정과,
    상기 제2의 마스크를 통하여 상기 리지스트에 상기 노광용 빔을 조사하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 마스크의 휨량에 따라 노광량을 변화시킴으로써, 상기 마스크의 휨에 의한 치수의 변동이 보정된 리지스트 패턴을 이용하고, 적어도 일부의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  15. 마스크의 휨량에 따라 노광용 빔의 초점 거리를 변화시킴으로써, 상기 마스크의 휨에 의한 치수의 변동이 보정된 리지스트 패턴을 이용하고, 적어도 일부의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  16. 마스크의 휨량에 따라 마스크 패턴 치수를 변화시킴으로써, 상기 마스크의 휨에 의한 치수의 변동이 보정된 리지스트 패턴을 이용하고, 적어도 일부의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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