KR20070064277A - 레벤손형 마스크를 이용하는 패턴 형성 방법 및 레벤손형마스크의 제조 방법 - Google Patents

레벤손형 마스크를 이용하는 패턴 형성 방법 및 레벤손형마스크의 제조 방법 Download PDF

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KR20070064277A
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mask
levenson
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opening
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KR1020060127876A
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미쯔루 오꾸노
아께미 모니와
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가부시끼가이샤 르네사스 테크놀로지
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Abstract

패턴 형성 방법은, 제1 최소 치수(Dmin1)를 가지는 제1 패턴부(10a)와, 제2 최소 치수(Dmin2)를 가지는 제2 패턴부(10b)를 포함하는 패턴 형성 방법으로서, 레벤손형 마스크를 이용하여 노광을 행하는 제1 노광 공정과, 하프톤형 마스크를 이용하여 노광을 행하는 제2 노광 공정을 포함한다. 제2 최소 치수(Dmin2)가 제1 최소 치수(Dmin1)의 1.3배 이상으로 되는 경우에, 제2 노광 공정의 노광량이 제1 노광 공정의 노광량 이하로 되도록 행한다.
최소 치수, 패턴부, 레벤손형 마스크, 노광 공정

Description

레벤손형 마스크를 이용하는 패턴 형성 방법 및 레벤손형 마스크의 제조 방법{PATTERN FORMATION METHOD USING LEVENSON-TYPE MASK AND METHOD OF MANUFACTURING LEVENSON-TYPE MASK}
도 1은 실시예 1에서 형성하는 레지스트 패턴의 개략 평면도.
도 2는 실시예 1에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도.
도 3은 실시예 1에서의 레벤손형 마스크의 개략 단면도.
도 4는 실시예 1에서의 하프톤형 마스크의 개략 평면도.
도 5는 실시예 1에서의 노광량을 설명하는 그래프.
도 6은 실시예 1에서의 ILS 값을 설명하는 그래프.
도 7은 실시예 1에서의 하프톤형 마스크의 노광량 비율을 낮출 때의 개략 평면도.
도 8은 실시예 1에서의 레지스트 시험을 행할 때의 개략 사시도.
도 9는 실시예 1에서의 레지스트 시험의 결과를 나타내는 그래프.
도 10은 실시예 2에서의 제1 시험의 결과를 설명하는 노광량의 그래프.
도 11은 실시예 2에서의 제1 시험의 결과를 설명하는 ILS 값의 그래프.
도 12는 실시예 2에서의 제2 시험의 결과를 설명하는 노광량의 그래프.
도 13은 실시예 2에서의 제2 시험의 결과를 설명하는 ILS 값의 그래프.
도 14는 실시예 2에서의 제3 시험의 결과를 설명하는 노광량의 그래프.
도 15는 실시예 2에서의 제3 시험의 결과를 설명하는 ILS 값의 그래프.
도 16은 실시예 3에서 형성하는 레지스트 패턴의 개략 평면도.
도 17은 실시예 3에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도.
도 18은 실시예 3에서의 하프톤형 마스크의 개략 평면도.
도 19는 실시예 3에서의 제1 시험의 결과를 설명하는 노광량의 그래프.
도 20은 실시예 3에서의 제2 시험의 결과를 설명하는 노광량의 그래프.
도 21은 실시예 4에서 형성하는 레지스트 패턴의 개략 평면도.
도 22는 실시예 4에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도.
도 23은 실시예 4에서의 레벤손형 마스크의 개략 단면도.
도 24는 실시예 4에서의 비교예의 레벤손형 마스크의 개략 평면도.
도 25는 실시예 4에서의 비교예의 레벤손형 마스크의 개략 단면도.
도 26은 실시예 4에서의 레벤손형 마스크의 개구부의 영역에 대하여 동 위상 개구부와 반전 위상 개구부를 설정하는 방법의 설명도.
도 27은 실시예 5에서 형성하는 레지스트 패턴의 개략 평면도.
도 28은 실시예 5에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도.
도 29는 실시예 5에서의 하프톤형 마스크의 개략 평면도.
도 30은 실시예 5에서의 레벤손형 마스크의 개구부의 영역에, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 설정할 때의 제1 공정 설명도.
도 31은 실시예 5에서의 레벤손형 마스크의 개구부의 영역에, 동 위상 개구 부 및 반전 위상 개구부를 설정할 때의 제2 공정 설명도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2, 3, 4, 25:차광막
1a, 2a, 2c, 3a, 3c, 4a, 4c, 31a, 31c:동 위상 개구부
1b, 2b, 2d, 3b, 3d, 4b, 4d, 31b, 31d:반전 위상 개구부
5a, 6a, 6c, 7a:차광부
5b, 5c, 6b, 6d, 6e, 7b, 7c, 7d, 26a:하프톤부
9:기판
10, 11, 12, 13:레지스트 패턴
10a, 11a, 12a, 13a:제1 패턴부
10b, 11b, 12b, 13b:제2 패턴부
19, 21:투광판
22, 23, 34:오목부
22a, 23a, 24a:언더컷부
26:하프톤형 마스크
27:레지스트
27a:노광 영역
31:마스크 대응부
41, 42, 43:레지스트 패턴 대응부
43a:제1 패턴 대응부
43b, 43c:제2 패턴 대응부
44:활성 영역 대응부
45:더미 활성 영역
50:활성 영역
51:소자 영역
52:소자 분리 영역
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2002-229181호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 2003-168640호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 평11-283904호 공보
[특허 문헌 4] 미국 특허 제5858580호 명세서
[특허 문헌 5] 일본 특허 공개 평1-283925호 공보
[특허 문헌 6] 일본 특허 공개 2004-247606호 공보
본 발명은, 패턴 형성 방법 및 레벤손형 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로 등의 반도체 장치에서, 전극이나 배선 등의 형성에 포토리소그래피 기술이 이용되는 경우가 있다. 포토리소그래피 공정에서는, 포토마스크를 개재해서 레지스트에 소정의 형상으로 노광되는 노광 공정이 행해진다. 레지스 트는, 예를 들면 감광성 수지로 형성되고, 노광 공정 후에 현상을 행함으로써 소정의 형상으로 성형된다.
노광 공정에서 이용되는 마스크는, 투광부 및 차광부를 가진다. 포토마스크에는, 해상도를 높이기 위해서 투광부를 투과하는 광의 위상을 변화시키는 위상 시프트 마스크가 있다. 위상 시프트 마스크에는, 레벤손형 마스크나 하프톤형 마스크가 포함된다. 이들 포토마스크는, 광의 간섭 작용을 이용해서 해상도를 높일 수 있다.
레벤손형 마스크는, 예를 들면 포지티브형의 레지스트에서, 기판의 표면에 배치된 레지스트를 소정의 형상으로 가공할 때에, 하나의 부분의 양측에서, 일방측에 광을 투과시키는 투광부를 형성한다. 타방측에 한 쪽의 투광부의 광의 위상에 대하여, 위상을 반전시키는 투광부를 형성한다. 레벤손형 마스크는, 하나의 부분의 양측의 광의 위상을 상호 반전하도록 형성함으로써, 하나의 부분에서, 해상도를 향상시킬 수 있는 포토마스크이다.
하프톤형 마스크는, 기판의 표면에 배치된 레지스트를 소정의 형상으로 가공 할 때에, 하나의 부분 또는 하나의 부분의 주위 중 한 쪽에 형성된 투광부에 대하여, 다른 쪽에 형성된 차광부에서 광의 일부를 투과시킴과 함께 위상을 반전시킴으로써, 상기 하나의 부분에서, 해상도를 향상시키는 포토마스크이다.
특허 문헌 1에서는, 투광성 기판 상에, 고립 패턴 요소 형성용의 차광부와, 주기 패턴 요소를 형성하기 위한 복수의 차광부를 형성하기 위한 레벤손형 마스크가 개시되어 있다. 이 레벤손형 마스크는, 고립 패턴 요소 형성용의 차광부의 양 측에, 위상 시프트부와 투광부를 배치한다. 주기 패턴 요소를 형성하기 위한 차광부의 양측에, 위상 시프트부와 투광부를 배치한다. 투광성 기판의 잔부를 차광부로 피복한다. 고립 패턴 요소 형성용의 위상 시프트부의 폭과 주기 패턴 요소를 형성하기 위한 위상 시프트부의 폭을 거의 동일하게 하는 것이 개시되어 있다.
특허 문헌 2에서는, 위상 시프트 마스크로 형성하는 미세 선 패턴과 일정 범위 내에서 인접하는 시프터 패턴의 위상이, 상호 반전하는 위상을 할당하도록 하는 반도체 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 바람직하게는, 위상 엣지로 형성하는 미세 선 패턴을 중앙에 끼우고, 적어도 4개의 시프터 패턴을 설치하고, 인접한 시프터 패턴끼리는 반드시 역 위상으로 되도록 배치하는 것이 개시되어 있다.
포토리소그래피법에서는, 기판의 표면에 미세한 부분을 형성하기 위해서 노광을 복수 회 행하는 방법이 알려져 있다.
예를 들면, 특허 문헌 3에서는, 포토레지스트층에 대하여, 선폭 제어성이 엄격한 개소의 패턴을 위상 시프트 패턴을 이용해서 전사하는 고해상도 노광과, 고해상도 노광에 의해 이미 패턴 전사된 포토레지스트층의 부분을 마스크 패턴의 차광부에 의해 보호하면서, 포토레지스트층에 대하여 선폭 제어성이 엄하지 않은 개소의 패턴을, 위상 시프트 패턴을 이용하지 않고 전사하는 통상 노광을 포함하는 노광 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 4에서는, 2개의 마스크 프로세스를 이용하는 것이 개시되어 있다. 제1 마스크는 위상 시프트 마스크이고, 제2 마스크는, 단일 위상 구조의 마스크이다. 단일 위상 구조의 마스크는, 위상 시프트의 영역을 없애지 않도록 노광 이 행해진다. 단일 위상 구조의 마스크에서는, 위상 시프트 마스크에 의해 형성된 부분 이외의 영역에서, 원하지 않는 부분에 형성되지 않도록 노광이 행해지는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 5에서는, 제1 영역은, 촘촘하게 패터닝하고, 제2 영역은 제1 영역보다도 성기게 패터닝하는 노광 방법으로서, 제1 영역은, 노광의 위상을 반전시키는 위상 시프트 패턴을 가지는 마스크 패턴으로 노광하고, 제2 영역은 광 투과 영역과 비투과 영역으로 이루어지는 마스크 패턴으로 노광하는 노광 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 6에서는, 게이트 전극 및 게이트 배선으로 이루어지는 게이트를 형성할 때에, 제1 마스크로서의 바이너리 마스크 또는 하프톤 마스크와, 제2 마스크로서의 레벤손형 마스크를 이용한 이중 노광 처리에 의해, 게이트 전극 패턴만을 형성한 후에, 제3 마스크로서의 바이너리 마스크 또는 하프톤 마스크를 이용한 노광 처리에 의해 게이트 배선 패턴을 형성하는 반도체 장치의 제조 방법이 개시되어 있다.
상기한 바와 같이, 위상 시프트 마스크를 이용하거나, 복수 회의 노광을 행하거나 함으로써, 최소 치수가 작은 부분을 포함하는 패턴을 형성할 수 있다. 그러나, 예를 들면 반도체 장치에서는, 미세화는 더욱 진행되는 경향이 있고, 더 미세한 패턴을 치수 정밀도 좋게 형성하는 것이 요망되고 있는 현 상황에 있다.
레벤손형 마스크에서는, 투광판의 표면에, 예를 들면 크롬막 등의 차광막이 배치된다. 차광막에는, 광을 투과하기 위한 개구부가 형성된다. 개구부는, 동 위상 개구부와 반전 위상 개구부로 대별된다. 동 위상 개구부는, 광의 위상을 변화시키지 않고 투과시키는 영역으로, 투광판의 주표면에 의해 구성된다. 반전 위상 개구부에서는, 투광판에 오목부가 형성되거나, 시프터가 배치되거나 한다. 반전 위상 개구부를 통과하는 광은, 위상이 반전한다.
반전 위상 개구부로서, 투광판에 오목부가 형성된 레벤손형 마스크에는, 오목부가, 차광막의 단부의 하측까지 넓어지도록 형성된 언더컷부를 가지는 것이 있다. 이 레벤손형 마스크에서는, 반전 위상 개구부가 상호 인접하면, 언더컷부가 상호 인접한다. 반도체 장치의 미세화가 진행되면, 언더컷부끼리의 거리가 작아진다. 이 결과, 투광판의 표면에 배치된 차광막과 투광판의 접촉 면적이 작아져서, 차광막이 박리되는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 미세한 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 미세한 패턴을 형성할 수 있는 레벤손형 마스크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 기초하는 하나의 국면에서의 패턴 형성 방법은, 제1 최소 치수를 가지는 제1 패턴과, 제2 최소 치수를 가지는 제2 패턴을 포함하는 패턴 형성 방법으로서, 레벤손형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제1 노광 공정과, 하프톤형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제2 노광 공정을 포함한다. 상기 제2 최소 치수가 상기 제1 최소 치수의 1.3배 이상으로 되는 경우에, 상기 제2 노광 공정의 노광량 이 상기 제1 노광 공정의 노광량 이하로 되도록 행한다.
본 발명에 기초하는 다른 국면에서의 패턴 형성 방법은, 제1 최소 치수를 가지는 제1 패턴과, 제2 최소 치수를 가지는 제2 패턴을 포함하는 패턴 형성 방법으로서, 레벤손형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제1 노광 공정과, 하프톤형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제2 노광 공정을 포함한다. 상기 제2 최소 치수가 상기 제1 최소 치수의 1.0배 이상 1.1배 이하로 되는 경우에, 상기 제2 노광 공정의 노광량이 상기 제1 노광 공정의 노광량보다도 커지도록 행한다.
본 발명에 기초하는 하나의 국면에서의 레벤손형 마스크의 제조 방법은, 투광판과, 상기 투광판의 주표면에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 차광막을 구비하고, 상기 개구부는, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 포함하고, 상기 반전 위상 개구부에서는, 상기 주표면에 오목부가 형성되고, 상기 오목부는, 상기 반전 위상 개구부의 단부의 아래까지 연장되도록 형성된 언더컷부를 갖고, 피처리물에 제1 패턴을 형성하기 위해서, 상기 동 위상 개구부와 상기 반전 위상 개구부가 쌍으로 설정된 레벤손형 마스크의 제조 방법이다. 상기 제1 패턴의 양측에, 상기 동 위상 개구부 및 상기 반전 위상 개구부를 정하는 개구부 설정 공정을 포함한다. 상기 개구부 설정 공정은, 상기 쌍끼리의 거리가 가까운 순으로, 상기 쌍끼리 대향하는 상기 개구부 중 적어도 한 쪽에, 상기 동 위상 개구부를 설정하는 공정을 포함한다.
본 발명에 기초하는 다른 국면에서의 레벤손형 마스크의 제조 방법은, 소자 영역의 활성 영역에 제1 패턴이 형성되고, 소자 분리 영역에 제2 패턴이 형성된 반 도체 장치의 제조에 이용하는 레벤손형 마스크의 제조 방법이다. 상기 제1 패턴의 양측에, 개구부로서 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 설정하는 개구부 설정 공정을 포함한다. 상기 개구부 설정 공정은, 상기 제2 패턴이 상기 개구부를 통해 노광되는 부분끼리의 사이에 배치되고, 상기 개구부를 통해 노광되는 부분과 상기 제2 패턴의 거리가, 실질적으로 상기 제2 패턴의 치수 변동에 영향을 미치는 거리 이하인 경우에, 상기 제2 패턴의 양측에 상기 동 위상 개구부 및 상기 반전 위상 개구부를 설정하는 공정을 포함한다. 상기 제2 패턴의 형성이 가능하도록 상기 동 위상 개구부 및 상기 반전 위상 개구부를 확장하는 확장 공정을 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부의 도면과 관련되어서 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
(실시예 1)
도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 기초하는 실시예 1에서의 패턴 형성 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 반도체 장치의 제조 방법을 예로 들어 설명한다. 본 실시예에서는, 위상 시프트 마스크 중 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크를 이용한다. 각각의 위상 시프트 마스크를 이용하여, 복수 회의 노광을 행한다.
도 1에, 본 실시예에서의 피처리물의 표면에 배치된 패턴의 개략 평면도를 도시한다. 본 실시예에서는, 피처리물로서의 기판(9)의 표면에 레지스트 패턴(10)이 형성되어 있다. 본 실시예에서의 기판(9)은, 실리콘 웨이퍼의 표면에 폴리실리콘 막 등의 도전막을 배치하고 있다. 또한, 폴리실리콘막의 표면에 유기 반사 방 지막을 막 두께 80㎚로 성막하고 있다. 본 실시예에서는, 이 유기 반사 방지막 위에 배치되는 레지스트의 패터닝을 행한다. 레지스트 패턴(10)은, 기판(9)의 표면에 형성된 포토레지스트이다. 본 실시예에서는, 포지티브형 레지스트를 이용하고 있다.
레지스트 패턴(10)은, 제1 패턴부(10a)와 제2 패턴부(10b)를 포함한다. 제1 패턴부(10a)는, 예를 들면 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극의 부분이다. 제2 패턴부(10b)는, 예를 들면 게이트 전극을 접속하기 위한 배선부의 부분이다. 제1 패턴부(10a)는, 미세 선이나 치수 정밀도가 요구되는 부분의 패턴이다. 제2 패턴부(10b)는, 제1 패턴부(10a)보다도 치수가 크거나, 제1 패턴부(10a)보다도 치수 정밀도가 엄하지 않거나 하는 패턴이다.
본 발명에서, 최소 치수란, 목적으로 하는 패턴의 치수 중 최소로 되는 직경(경간)의 치수이다. 제1 패턴부(10a)는, 제1 최소 치수(Dmin1)를 가진다. 본 실시예에서의 제1 최소 치수는, 제1 패턴부(10a)가 연장되는 방향으로 수직인 폭이다. 제2 패턴부(10b)는, 제2 최소 치수(Dmin2)를 가진다. 본 실시예에서의 제2 최소 치수는, 제1 패턴부(10a)로부터 연장하는 부분의 폭이다. 본 실시예에서는, 제1 최소 치수가 제2 최소 치수보다도 작아지도록 형성되어 있다.
이러한 형상을 가지는 포토레지스트를 형성하기 위해서, 포토리소그래피 공정이 행해진다. 포토리소그래피 공정에서는, 예를 들면, 감광성 수지의 레지스트막을 기판 상의 피가공막으로서의 도전막의 표면에 균일하게 배치하고, 노광을 행 한 후에 현상함으로써, 원하는 형상의 부분에 레지스트를 남길 수 있다. 또한, 남은 레지스트를 마스크로 하여, 피가공막을 에칭함으로써 피가공막을 원하는 형상으로 패터닝할 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 패턴부(10a)를 형성하기 위한 노광을 레벤손형 마스크로 행한다. 제2 패턴부(10b)를 형성하기 위한 노광을 하프톤형 마스크로 행한다.
도 2에, 본 실시예에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 도 3에, 도 2에서의 Ⅲ-Ⅲ선에 관한 화살표 방향에서 본 단면도를 도시한다.
레벤손형 마스크는, 예를 들면, 석영 글래스 등으로 형성된 투광판(19)을 구비한다. 투광판(19)의 표면에는, 광을 가리기 위한 차광막(1)이 배치되어 있다. 차광막(1)은, 예를 들면, Cr막으로 형성되어 있다.
차광막(1)은, 광을 통과시키기 위한 투광 영역으로서 개구부를 가진다. 본 실시예에서는, 개구부는, 동 위상 개구부(1a) 및 반전 위상 개구부(1b)를 가진다. 동 위상 개구부(1a) 및 반전 위상 개구부(1b)는, 제1 패턴부(10a)(도 1 참조)에 대응하는 부분의 양측에 배치되어 있다.
동 위상 개구부(1a)에서, 투광판(19)의 표면은 평면 형상으로 형성되어 있다. 레벤손형 마스크의 투광 영역 중 동 위상 영역은, 투광판(19)의 주표면으로 구성되어 있다. 반전 위상 개구부(1b)에서는, 투광판(19)의 표면에 오목부(24)가 형성되어 있다. 레벤손형 마스크의 투광 영역 중 반전 위상 영역은, 투광판(19)의 표면에 형성된 오목부(24)로 구성되어 있다. 오목부(24)는, 반전 위상 개구부(1b)를 통과하는 광의 위상이 반전하도록 형성되어 있다. 예를 들면, 오목부(24)는, 반전 위상 개구부(1b)를 통과하는 광이, 동 위상 개구부(1a)를 통과하는 광과 비교하여, 위상이 180° 어긋나도록 형성되어 있다.
본 실시예에서의 오목부(24)는, 치수 정밀도를 향상시키기 위해서 형성된 언더컷부(24a)를 가진다. 언더컷부(24a)는, 차광막(1)의 반전 위상 개구부(1b)에서의 단부에서, 단부의 내측까지 연장되도록 형성되어 있다. 즉, 차광막(1)은, 반전 위상 개구부(1b)에서 차양으로 되는 부분을 가진다.
본 실시예에서의 레벤손형 마스크는, 광의 위상을 반전시키기 위해서, 투광판에 오목부가 형성되어 있지만, 특별히 이 형태에 한정되지 않고, 예를 들면, 반전 위상 개구부의 투광판의 표면에 위상을 반전시키기 위한 시프터 등이 배치되어 있어도 상관없다.
도 4에, 본 실시예에서의 하프톤형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 하프톤형 마스크는, 투광판(19)의 표면에 차광부(5a)가 형성되어 있다. 차광부(5a)는, 광을 완전하게 차단하도록 형성되어 있다. 차광부(5a)는, 예를 들면, Cr막으로 형성되어 있다. 차광부(5a)는, 레벤손형 마스크에서 노광되는 부분에 노광이 행해지지 않도록 형성되어 있다. 차광부(5a)는, 레벤손형 마스크의 개구부에 대응해서 형성되어 있다. 투광판(19)의 표면에는, 레지스트 패턴(10)의 제2 패턴부(10b)(도 1 참조)를 형성하기 위한 하프톤부(5b)가 배치되어 있다. 하프톤부(5b)는, 레지스트 패턴의 제2 패턴부(10b)의 형상에 대응해서 형성되어 있다.
본 실시예에서의 하프톤부(5b)는, 노광되는 광의 일부를 투과하도록 형성되어 있다. 하프톤부(5b)는, 투과하는 광의 위상이 반전하도록 형성되어 있다. 본 실시예에서의 하프톤부(5b)는, 투광판(19)의 표면에 배치된 위상 시프터를 포함한다. 하프톤부로서는, 위상 시프터의 배치에 한정되지 않고, 노광되는 광의 일부분을 투과하여, 다시 위상이 반전하도록 형성되어 있으면 상관없다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서는, 제1 패턴부(10a)의 제1 최소 치수(Dmin1)가 제2 패턴부(10b)의 제2 최소 치수(Dmin2)보다도 작아지도록 노광을 행한다. 본 실시예에서는, 제2 최소 치수(Dmin2)가, 제1 최소 치수(Dmin1)의 1.3배 이상으로 되도록, 레지스트 패턴(10)을 형성한다. 제1 패턴부(10a)의 제1 최소 치수(Dmin1)가 70㎚의 레지스트 패턴(10)을 형성한다.
처음에, 유기 반사 방지막의 표면에 감광성 수지로서의 아크릴계 포지티브 레지스트를 막 두께 180㎚로 도포한다. 이 레지스트막에 대하여 노광전 가열 처리를 행한다.
다음으로, 제1 패턴부(10a)를 형성하기 위한 제1 노광 공정을 행한다. 제1 노광 공정은, 레벤손형 마스크를 이용해서 노광을 행한다. 제1 노광 공정에서는, 동 위상 개구부(1a)와 반전 위상 개구부(1b)를 가지는 레벤손형 마스크(도 2 참조)를 이용해서 행한다.
본 실시예에서의 제1 노광 공정에서는, ArF 엑시머 레이저(파장 193㎚)를 이용해서 레지스트막에 노광을 행한다. 본 실시예에서의 레벤손형 마스크의 차광막(1)의 동 위상 개구부(1a)의 폭 및 반전 위상 개구부(1b)(도2 참조)의 폭은, 각각 140㎚이다. 동 위상 개구부(1a)와 반전 위상 개구부(1b)의 거리는, 140㎚이다. 이 레벤손형 마스크를, NA(가 0.82, Conv.(σ=0.40)의 조건으로 노광을 행한다. 여기에서, NA는 개구율이다. Conv.는 통상 조명의 원형 개구 조리개이다. 또한, σ는 기판(웨이퍼)의 측으로부터 보았을 때의 조명 광학 NA와 투영 렌즈계 NA의 비이다.
다음으로, 제2 패턴부(10b)를 형성하기 위한 제2 노광 공정을 행한다. 제2 노광 공정은, 하프톤형 마스크를 이용해서 노광을 행한다. 제2 노광 공정에서는, 차광부(5a)와 하프톤부(5b)를 가지는 하프톤형 마스크(도 4 참조)를 이용해서 행한다.
제2 노광 공정에서는, 도 4에서의 차광부(5a)의 부분이 차광된다. 즉, 제2 노광 공정은, 제1 노광 공정에서 노광이 행해진 범위에, 다시 노광이 행해지지 않도록 행한다. 도 4에 도시한 하프톤부(5b)에서는, 광의 일부가 투과함과 함께, 광의 위상이 반전한다.
본 실시예에서는, 투과율이 6%인 하프톤부를 가지는 마스크를 이용한다. 제2 노광 공정에서는, NA가 0.80, Conv.(σ=0.85)의 조건에서 노광을 행하였다. 제2 노광 공정에서의 레지스트에의 노광량이 제1 노광 공정에서의 레지스트에의 노광량보다도 작아지도록 행하고 있다. 즉, 하프톤형 마스크를 이용해서 레지스트 등의 피조사물에 대하여 행해지는 노광량은, 레벤손형 마스크를 이용해서 행하는 노광량 이하로 되도록 노광 공정을 행하고 있다.
제1 노광 공정 및 제2 노광 공정 후에, 레지스트 막의 현상을 행하여, 도 1에 도시한 패턴을 형성하였다. 본 실시예에서는, 제1 노광 공정 후에 제2 노광 공 정을 행하고 있지만, 제2 노광 공정을 먼저 행하여도 상관없다. 즉, 하프톤형 마스크에 의한 노광을 먼저 행하여도 상관없다.
제1 노광 공정에서, 동 위상 개구부(1a)를 통과한 광은, 위상이 변하지 않고 노광이 행해진다. 반전 위상 개구부(1b)를 통과한 광은 위상이 반전한다. 제1 패턴부(10a)의 부분에서는 광의 간섭이 발생한다. 이 때문에, 제1 패턴부(10a)의 부분이 노광되는 것을 억제할 수 있어, 제1 패턴부(10a)에서의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또는, 미세한 제1 패턴부(10a)를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 레지스트 패턴(10) 중, 제1 패턴부(10a)를 레벤손형 마스크에 의해 노광을 행하고, 제2 패턴부(10b)를 하프톤형 마스크에 의해 노광을 행하는 다중 노광법을 채용하고 있다. 다중 노광법에서는, 처음에 노광을 행한 부분의 잠상은, 나중에 노광을 행하였을 때의 광의 바램에 의해 영향을 받는 경우가 있다.
예를 들면, 본 실시예에서는, 도 1을 참조하면, 레지스트 패턴(10)의 제1 패턴부(10a)의 잠상은, 나중에 하프톤형 마스크를 이용해서 노광을 행할 때에 영향을 받는다. 예를 들면, 하프톤형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제2 노광 공정의 노광량이 지나치게 많으면, 제1 패턴부(10a)의 치수 정밀도가 악화되는 경우가 있다.
도 5에, 본 실시예에서의 노광 시험의 결과의 그래프를 나타낸다. 도 5는, 본 실시예에서의 레지스트 패턴의 제1 패턴부(10a)(도 1 참조)에서의 합성 광학상의 그래프이다. 횡축은, 제1 패턴부(10a)의 폭 방향의 중심으로부터, 폭 방향의 외측을 향한 거리를 나타내고 있다. 0의 위치는, 제1 패턴부의 폭 방향의 중심이 다. 종축은, 레벤손형 마스크 및 하프톤형 마스크에 의한 광 강도를 나타내고 있다.
노광 시험에서는, 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크의 노광량의 비율을, 각각 변화시켜서 노광을 행하였다. 또한, 레벤손형 마스크만을 이용해서 노광을 행한 경우에 대해서도 시험을 행하였다.
도 5를 참조하면, 레벤손형 마스크의 노광량의 비율이 작을수록, 합성 광학상의 기울기가 작아져서 잠상이 열화되는 것을 알 수 있다. 즉, 레벤손형 마스크의 노광량의 비율이 낮을수록, 하프톤형 마스크의 노광의 영향을 받기 쉬워져서, 치수 정밀도가 악화된다.
예를 들면, 제1 패턴부의 중심으로부터의 거리가 대략 0.03㎛보다도 큰 범위에서(레지스트 패턴의 제1 패턴부의 선폭이 0.06㎛보다도 큰 영역에서), 레벤손형 마스크만을 이용한 경우와 거의 동일한 기울기의 합성 광학상을 얻기 위해서는, 하프톤형 마스크의 노광량에 대하여, 레벤손형 마스크의 노광량을 적어도 0.8배 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 레벤손형 마스크의 노광량을, 하프톤형 마스크의 노광량의 1.0배 이상으로 함으로써, 레벤손형 마스크만을 이용한 경우와 동일 정도 이상의 치수 정밀도를 가지는 잠상을, 더 확실하게 얻을 수 있다.
다음으로, 노광량 비율을 정하는 기준으로서, ILS(Image Log Slope) 값을 채용한다. ILS 값은, 상 강도의 대수의 구배를 나타내고, ILS 값=(1/Is)×(ΔI/Δx)로 정의된다. 여기에서, Is는 슬라이스 값이고, (ΔI/Δx)는, 광 강도선의 슬라이스 값으로 되는 점에서의 광 강도의 구배를 나타낸다.
본 실시예에서는, 슬라이스 값을 산출하는 선폭의 대표값으로서, 0.08㎛를 이용한다. 디자인 룰(설계 기준)이 65㎚인 장치에서, 전극이나 배선 등의 선폭은 대략 60㎚ 이상 70㎚ 이하이다. 이 때의 레지스트막의 선폭이 대략 80㎚인 것에 의해, 슬라이스 값을 산출하는 선폭의 대표값을 정하였다. 즉, 이 선폭은, 디자인 룰이 65㎚인 반도체 장치에서의 범용적인 선폭이다. 이 선폭에서는, 선폭의 중심으로부터 -0.04㎛ 이상 +0.04㎛ 이하의 위치의 범위가 슬라이스 값으로서 채용된다.
도 6에, 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크의 노광량 비율을 변화시켰을 때의 ILS 값을 설명하는 그래프를 나타낸다. 횡축이 노광량 비율을 나타내고, 종축이 ILS 값을 나타낸다. 레벤손형 마스크의 노광량 비율을 증가시킴으로써, ILS 값이 증가한다. 전술한 바와 같이, 도 5의 그래프로부터, 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크의 노광량 비율이 1:1이면, 우수한 합성 잠상을 얻을 수 있다. 도 6에서, 노광량 비율이 1:1로 되는 ILS 값은, 레벤손형 마스크만의 ILS 값의 약 0.8배로, 대략 34이다. 즉, ILS 값이 대략 34 이상이면, 합성 광학상의 노광량의 충분한 기울기를 확보할 수 있어, 치수 정밀도가 우수한 제1 패턴부를 형성할 수 있다. 또는, 미세한 제1 패턴부를 형성할 수 있다.
이상과 같이, 레벤손형 마스크의 노광량은, 하프톤형 마스크의 노광량의 1.0배 이상이 바람직하다. 그러나, 하프톤형 마스크의 노광량 비율을 낮춰 가면, 하프톤형 마스크의 차광부의 치수가 작아진다. 그 결과, 차광부가 마스크 제조 한계 이하의 크기로 되는 경우가 있고, 마스크 제조 한계 이하의 크기로 되면 마스크를 제조할 수 없게 된다. 마스크의 제조를 고려하면, 레벤손형 마스크의 노광량은, 하프톤형 마스크의 노광량의 1.0배 이상 1.2배 이하가 더 바람직하다.
레벤손형 마스크에 의한 노광량을 하프톤형 마스크에 의한 노광량 이상으로 하는 것은, 하프톤형 마스크로 형성하는 제2 패턴부의 최소 치수가, 레벤손형 마스크로 형성하는 제1 패턴부의 최소 치수의 1.3배 이상으로 되는 경우에 유용하다. 노광 공정에서는, 노광 장치의 포커스 여유도가 문제되는 경우가 있다. 즉, 노광 장치의 핀트 맞추기를 변동시켰을 때의 치수 변동이, 허용 범위에 들어가지 않게 되는 문제가 발생하는 경우가 있다. 이 포커스 여유도의 문제는, 제2 최소 치수가 제1 최소 치수의 1.3배 미만인 경우에 현저해진다. 제2 최소 치수가 제1 최소 치수의 1.3배 이상인 경우에는, 레벤손형 마스크의 노광량을 하프톤형 마스크의 노광량 이상으로 함으로써, 치수 정밀도가 우수한 제1 패턴부를 형성할 수 있다. 또는, 미세한 제1 패턴부를 형성할 수 있다. 또한, 65㎚ 이하의 디자인 룰의 반도체 장치의 제조 방법에서는, 선폭이 미세하게 되기 때문에 특히 유용해진다.
본 실시예에서는, 레벤손형 마스크의 노광량을 하프톤형 마스크의 노광량이상으로 되도록 노광을 행함으로써, 레벤손형 마스크의 부분에서의 잠상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있어, 미세한 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는, 치수 정밀도가 향상된 반도체 장치를 제공할 수 있다.
하프톤형 마스크의 노광량을 작게 하기 위해서는, 광원의 광의 강도를 약하게 하는 것이나 노광 시간을 짧게 하는 방법 외에, 광학 근접 효과 보정(OPC:Optical Proximity Correction)을 채용하는 방법이 있다.
도 7에, 노광량을 작게 하기 위해서, 광학 근접 효과 보정을 채용한 하프톤형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 투광판(19)의 표면에 형성하는 하프톤부에서, 하프톤부(5b)를 작게 해서 하프톤부(5c)를 형성한다. 이와 같이, 하프톤부를 작게 하는 바이어스를 설정함으로써, 피조사물에 대한 노광량을 작게 할 수 있다. 하프톤부의 마스크 바이어스량의 기준으로서는, 예를 들면, 기준 패턴으로서 하프톤부끼리의 간격이 2000㎚ 이상이고, 최소 폭 치수가 70㎚로 되는 고립 패턴에서는, 마스크 바이어스를 편측 5㎚ 이상 10㎚ 이하로 설정한다.
노광 공정에서는 사용되는 레지스트의 종류에 의해서도 광학 잠상에 영향을 받는다. 다음으로, 사용하는 레지스트의 종류에 대해서 설명한다.
도 8에, 레지스트의 광학 근접 효과(OPE:0ptical Proximity Effect)의 의존성을 설명하는 기준 패턴의 개략 사시도를 도시한다. 기준 패턴에서는, 하프톤형 마스크(26)를 개재하여, 레지스트(27)에 노광을 행한다. 하프톤형 마스크(26)는, 하프톤부(26a)를 가진다.
하프톤부(26a)는, 직선 형상으로 형성되어 있다. 하프톤부(26a)는, 상호 연장되는 방향이 평행하게 되도록 형성되어 있다. 레지스트(27)의 노광 영역(27a)은, 각각 선 형상으로 된다. 이러한 기준 패턴에서, 하프톤부(26a)끼리의 거리를 스페이스 사이즈(S)로 한다. 또한, 하프톤부(26a)의 폭을 W로 한다. 노광 영역(27a)의 폭을 CD(Critical Dimension) 값으로 한다. 본 실시예에서는, 스캐너 타입의 노광 장치를 이용하고 있고, CD 값이 패턴부(26a)의 폭(W)의 거의 1/4로 된다.
도 9에, 2종류의 레지스트에서의 CD 값의 특성을 설명하는 그래프를 나타낸다. 본 실시예에서는, 레지스트막으로서 아크릴계 포지티브 레지스트를 이용하고 있다. 횡축은 스페이스 사이즈(S)이고, 종축은 CD 값이다. 스페이스 사이즈(S)가 작아지는 부분에서는, 각각의 CD 값이 급격하게 상승하고 있다.
레지스트 A에서의 (CD 값의 최대값－CD 값의 최소값)은, 레지스트 B에서의 (CD 값의 최대값－CD 값의 최소값)보다도 크다. 즉, 레지스트 A는, 광학 근접 효과가 레지스트 B보다도 크다. 이와 같이, 레지스트의 종류에 따라서도, OPE 특성이 상이하다. 이 때문에, OPE 특성이 우수한 레지스트를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들면, (CD 값의 최대값－CD 값의 최소값)의 값이 큰 레지스트인 경우에는, 피치가 작은 패턴을 형성하면 기대값으로부터 크게 벗어날 가능성이 있다. 그 때문에, 광학 근접 보정을 행한 경우에는, 피치가 작은 패턴에서는, 마스크 제조 한계 이하의 사이즈로 될 가능성이 있다. 도 9에서는, 레지스트 A보다도 레지스트 B를 이용하는 것이 바람직하다.
레지스트로서 OPE 특성이 우수한 레지스트를 선택함으로써, 노광량 비율의 선택 폭을 크게 할 수 있어, 제조되는 패턴의 기대값을 변경하지 않고 노광량 비율을 변경할 수 있다.
(실시예 2)
도 10 내지 도 15를 참조하여, 본 발명에 기초하는 실시예 2에서의 패턴 형성 방법에 대해서 설명한다. 본 실시예에서, 레벤손형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제1 노광 공정과, 하프톤형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제2 노광 공 정을 포함하는 것은 실시예 1과 마찬가지이다. 또한, 제2 패턴의 제2 최소 치수가 제1 패턴의 제1 최소 치수의 1.3배 이상으로 될 때에, 제2 노광 공정의 노광량이 제1 노광 공정의 노광량 이하로 되도록 행하는 것도 실시예 1과 마찬가지이다. 본 실시예에서는, 제2 노광 공정에서, 하프톤부의 투과율을 낮춘 하프톤형 마스크를 이용함으로써 노광을 행한다. 본 실시예에서는, 실시예 1과 마찬가지의 시험 방법에 의해 시험을 행하였다.
도 10에, 본 실시예에서의 제1 시험의 결과를 설명하는 제1 그래프를 나타낸다. 도 11에, 본 실시예에서의 제1 시험의 결과를 설명하는 제2 그래프를 나타낸다. 제1 시험에서는, 레벤손형 마스크를 이용해서 행하는 제1 노광 공정의 노광량과, 하프톤형 마스크를 이용해서 행하는 제2 노광 공정의 노광량을 1:1의 비율로 설정하였다. 하프톤형 마스크의 하프톤부의 투과율을 6%부터 0%까지 변화시켰을 때의 각각의 위치에서의 노광량을 구했다.
도 10에, 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 제1 패턴(도 1 참조)의 합성 광학상의 그래프를 나타낸다. 횡축은 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 직선 형상의 부분의 폭 방향의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 종축은 광 강도를 나타낸다. 하프톤형 마스크의 투과율을 낮춤으로써, 위치 0㎛에서의 광 강도가 0에 근접한다.
도 11에, 제1 시험에서의 ILS 값의 그래프를 나타낸다. 횡축은 하프톤형 마스크의 하프톤부의 투과율을 나타내고, 종축은 ILS 값을 나타낸다. 하프톤형 마스크의 하프톤부의 투과율이 0%인 마스크는 하프톤부를 갖지 않는 차광한 통상의 마 스크로 된다.
도 11에 도시한 바와 같이, 하프톤부의 투과율을 낮춤으로써, ILS 값은 커지는 경향에 있다. 하프톤부의 투과율을 낮춤으로써, 제1 패턴부의 치수 정밀도가 향상되는 것을 알 수 있다. 도 11을 참조하면, 레벤손형 마스크의 노광량과 하프톤형 마스크의 노광량의 비가 1:1인 경우에서는, 하프톤형 마스크의 투과율을 6% 이하로 함으로써, ILS 값을 대략 34 이상으로 할 수 있다.
도 12에, 본 실시예에서의 제2 시험의 결과를 설명하는 제1 그래프를 나타낸다. 도 13에, 본 실시예에서의 제2 시험의 결과를 설명하는 제2 그래프를 나타낸다. 제2 시험에서는, 제1 시험보다도 레벤손형 마스크의 노광량을 상대적으로 적게 한다. 제2 시험에서는, 레벤손형 마스크의 노광량과 패턴형 마스크의 노광량의 비를 0.8:1로 해서 시험을 행하였다.
도 12에, 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 제1 패턴의 부분의 합성 광학상을 나타낸다. 도 13에, 제2 시험에서의 ILS 값의 그래프를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 하프톤형 마스크의 투과율을 낮춤으로써, 위치 0㎛에서의 광 강도가 0에 근접한다. 도 13을 참조하면, 레벤손형 마스크의 노광량과 하프톤형 마스크의 노광량의 비가 0.8:1인 경우에서는, 하프톤형 마스크의 투과율을 4% 이하로 함으로써, ILS 값을 대략 34 이상으로 할 수 있다.
도 14에, 본 실시예에서의 제3 시험의 결과를 설명하는 제1 그래프를 나타낸다. 도 15에, 본 실시예에서의 제3 시험의 결과를 설명하는 제2 그래프를 나타낸다. 제3 시험에서는, 제2 시험보다도 레벤손형 마스크의 노광량을 더욱 상대적으 로 적게 한다. 제3 시험에서는, 레벤손형 마스크의 노광량과 하프톤형 마스크의 노광량의 비를 0.6:1로 해서 시험을 행하였다.
도 14에, 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴의 제1 패턴의 부분의 합성 광학상의 그래프를 나타낸다. 도 15에, 제3 시험에서의 ILS 값의 그래프를 나타낸다. 도 14를 참조하면, 하프톤형 마스크의 하프톤부의 투과율을 낮춤으로써, 위치 0㎛에서의 광 강도가 0에 근접한다. 또한, 도 15를 참조하면, 레벤손형 마스크의 노광량과 하프톤형 마스크의 노광량의 비가 0.6:1인 경우에서는, 하프톤형 마스크의 투과율을 4% 이하로 함으로써, ILS 값을 34 이상으로 할 수 있다.
이와 같이, 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크의 노광량 비율을 변화시켜도, 하프톤형 마스크의 하프톤부의 투과율을 대응시켜서 조정함으로써, 레벤손형 마스크로 형성하는 패턴의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다.
그 외의 구성, 작용, 효과 및 방법에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지므로 여기에서는 설명을 반복하지 않는다.
(실시예 3)
도 16 내지 도 20을 참조하여, 본 발명에 기초하는 실시예 3에서의 패턴 형성 방법에 대해서 설명한다. 본 실시예에서의 패턴 형성 방법에서, 레벤손형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제1 노광 공정과, 하프톤형 마스크를 이용해서 노광을 행하는 제2 노광 공정을 포함하는 것은 실시예 1과 마찬가지이다. 본 실시예에서는, 제2 패턴의 제2 최소 치수가 제1 패턴의 제1 최소 치수의 1.0배 이상 1.1배 이하인 경우에, 제2 노광 공정의 노광량이 제1 노광 공정의 노광량보다도 커지도록 행한다.
도 16은, 본 실시예에서의 레지스트 패턴의 개략 평면도이다. 기판(9)의 표면에, 레지스트 패턴(11∼13)을 형성한다. 레지스트 패턴(13)은, 레지스트 패턴(11)과 레지스트 패턴(12)에 끼워지는 위치에 배치되어 있다. 레지스트 패턴(13)은, 하프톤형 마스크에 의해 형성된다.
레지스트 패턴(11)은, 제1 패턴부(11a)와 제2 패턴부(11b)를 포함한다. 레지스트 패턴(12)은, 제1 패턴부(12a)와 제2 패턴부(12b)를 포함한다. 제1 패턴부(11a, 12a)는, 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 부분이다. 제2 패턴부(11b, 12b)는, 하프톤형 마스크에 의해 형성되는 부분이다.
제1 패턴부(11a, 12a)는, 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극으로 되는 부분이다. 활성 영역(50)은, 예를 들면, 기판(9)의 표면에 불순물이 주입되고, 전계 효과 트랜지스터의 소스 영역 또는 드레인 영역으로 되는 영역이다. 레지스트 패턴(13)의 부분은, 예를 들면 배선이 형성된다.
본 실시예에서는, 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 레지스트 패턴에 끼워지는 레지스트 패턴(13)에 주목한다. 레지스트 패턴(13)에 의해 형성되는 기판(9)의 표면의 배선 패턴은, 예를 들면, 직선 형상의 부분의 폭(도 16의 레지스토 패턴(13)의 폭(L1)에 대응하는 부분의 폭)이 70㎚이다.
도 17에, 본 실시예에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 레벤손형 마스크는, 차광막(2)을 포함한다. 차광막(2)은, 동 위상 개구부(2a, 2c) 및 반전 위상 개구부(2b, 2d)를 가진다. 동 위상 개구부(2a)와 반전 위상 개구 부(2b)가 쌍을 이룸으로써, 동 위상 개구부(2a)와 반전 위상 개구부(2b)의 사이에 선 패턴인 레지스트 패턴(11)의 제1 패턴부(11a)가 형성된다. 동일하게, 동 위상 개구부(2c)와 반전 위상 개구부(2d)가 쌍을 이룸으로써, 레지스트 패턴(12)의 제1 패턴부(12a)가 형성된다(도 16 참조).
도 18에, 본 실시예에서의 하프톤형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 하프톤형 마스크는, 투광판(19)을 포함한다. 투광판(19)의 표면에는, 차광부(6a, 6c)가 형성되어 있다. 차광부(6a, 6c)는, 광을 조금 통과시키도록 형성되어 있다. 투광판(19)의 표면에는, 하프톤부(6b, 6d, 6e)가 형성되어 있다. 차광부(6a, 6c)는, 레벤손형 마스크의 개구부에 대응하도록 형성되어 있다. 하프톤부(6b, 6d)는, 레지스트 패턴(11, 12)의 제2 패턴부(11b, 12b)에 각각 대응하도록 형성되어 있다. 하프톤부(6e)는, 레지스트 패턴(13)에 대응하도록 형성되어 있다(도 16 참조). 이와 같이, 하프톤형 마스크로 노광을 행하는 레지스트 패턴(13)의 직선 형상의 부분은, 레벤손형 마스크로 노광을 행하는 레지스트 패턴(11, 12)의 제1 패턴부(11a, 12a)에 끼워져 있다.
이들 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크를 이용하여, 노광량의 비율을 1:1로 해서 노광을 행하는 경우에는, 예를 들면, 레지스트 패턴(13)의 폭 방향의 길이(L1)에 대응하는 레벤손형 마스크의 개구부 간에 배치되고, 하프톤형 마스크로 형성되는 배선 패턴의 차광부 폭은 90㎚로 된다(도 16 참조).
도 19에, 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크의 노광량 비율이, 1:1일 때의 합성 광학상의 그래프를 나타낸다. 횡축은, 도 16에서의 A-A선으로 절단하였을 때 의 단면에서의 위치이다. 종축은, 합계 광학상의 광 강도를 나타낸다. 도 19에서, A 부분이, 도 16에서의 레지스트 패턴(13)의 부분이다. 광 강도의 최소값(Imin)은, 0.123이다.
다음으로, 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크의 노광량 비율이 0.6:1일 때의 노광의 경우를 설명한다. 즉, 레벤손형 마스크의 노광량을 상대적으로 낮춘다. 이 경우에는, 레지스트 패턴(13)의 폭 방향의 길이(L1)에 대응하는 레벤손형 마스크의 개구부 간에 배치되고, 하프톤형 마스크로 형성되는 배선 패턴의 차광부 폭은 110㎚로 된다(도 16 참조).
도 20에, 레벤손형 마스크와 하프톤형 마스크의 노광량 비율을 0.6:1로 하였을 때의 합성 광학상의 그래프를 나타낸다. A 부분이, 도 16에서의 레지스트 패턴(13)의 부분이다. 광 강도의 최소값(Imin)은, 0.063으로 되어, 작은 값을 확보할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 패턴형 마스크의 노광량에 대하여, 레벤손형 마스크의 노광량의 비율을 높여가면, 하프톤형 마스크에 의해 형성되는 패턴의 광 강도의 최소값(Imin)을 충분히 낮게 할 수 없는 경우가 발생한다. 레벤손형 마스크를 이용해서 제1 노광 공정을 행하면, 하프톤형 마스크로 형성할 잠상에 대하여 영향을 미치고, 패턴형 마스크로 형성할 선 패턴의 광 강도의 최소값(Imin)이 커진다.
그 결과, 예를 들면, 하프톤형 마스크로 형성하는 부분에서 단선과 같은 불량을 야기시키는 경우가 있다. 즉, 제1 노광 공정에서의 노광 처리 시에, 최적 조 건으로서 노광량과 포커스를 설정하지만, 이 포커스(핀트 맞춤)가, 장치의 기인 등에 의한 어떠한 영향으로 변동하는 경우가 있고, 변동한 상태에서 노광이 행해지는 경우가 있을 수 있다. 이 때에, 위상 시프트형 마스크에 의해 형성되는 잠상이 하프톤형 마스크에 의해 형성되는 잠상에 영향을 미치고, 하프톤형 마스크에 의해 형성되는 패턴에 불량이 발생하는 경우가 있다.
이 불량은, 제1 최소 치수를 가지는 제1 패턴과, 제2 최소 치수를 가지는 제2 패턴을 형성하는 공정을 포함하고, 제2 최소 치수가 제1 최소 치수의 1.1배 이하로 되는 경우에 현저하게 발생한다. 이 경우에는, 하프톤형 마스크에 의한 제2 노광 공정의 노광량이, 레벤손형 마스크에 의한 제1 노광 공정의 노광량보다도 커지도록 행한다. 이 방법에 의해, 하프톤형 마스크에 의해 형성되는 제2 패턴 중, 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 제1 패턴에 인접하는 패턴의 불량을 억제할 수 있다. 특히, 제1 패턴에 끼워지는 제2 패턴의 불량을 억제할 수 있다.
예를 들면, 도 16에서는, 레지스트 패턴(11, 12)의 제1 패턴부(11a, 12a)에 끼워지는 레지스트 패턴(13)의 직선 형상의 부분의 단선을 억제할 수 있다.
본 실시예에서는, 하프톤형 마스크로 형성하는 잠상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있어, 하프톤형 마스크로 형성되는 패턴의 불량을 억제할 수 있다. 또는, 하프톤형 마스크를 이용하는 제2 노광 공정에서, 노광을 행할 때의 포커스 여유도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 기재된 패턴 형성 방법과 실시예 1 및 2에 기재된 패턴 형성 방법의 사용 형태에 대해서 설명한다.
전계 효과 트랜지스터의 게이트 길이 중 최소의 게이트 길이가 70㎚로 설계된 반도체 장치(A) 및 반도체 장치(B)를 형성한다. 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극은 레벤손형 마스크로 형성하고, 배선부는 하프톤형 마스크로 형성한다.
여기서, 반도체 장치(A)에 대해서는, 배선부의 최소 치수가 100㎚로 설정되어 있다. 반도체 장치(A)의 배선부는, 노광에서의 잠상 형성의 프로세스 여유가 커지도록 배치되어 있다. 반도체 장치(A)의 게이트 길이의 요구되는 치수 정밀도는, 엄격한 조건으로 되어 있다. 한편, 반도체 장치(B)에 대해서는, 배선부의 최소 치수는 게이트 길이의 최소 치수와 동일한 70㎚로 설정되어 있다. 반도체 장치(B)의 배선부는, 노광에서의 잠상 형성의 프로세스 여유가 작다. 단, 상기 치수는, 제조 프로세스의 변동에 의해, 마무리 상태에서 ±10% 정도 변동되는 경우가 있다.
이러한 경우에, 반도체 장치(A)에 대해서는, 실시예 1에 설명한 바와 같이, 하프톤형 마스크에 의한 노광량을 레벤손형 마스크에 의한 노광량 이하로 함으로써, 배선부의 잠상 형성의 프로세스 여유의 범위 내에서, 높은 치수 정밀도를 가지는 게이트 전극을 형성할 수 있다.
반도체 장치(B)에 대해서는, 본 실시예에서 설명한 바와 같이, 하프톤형 마스크에 의한 노광량을 레벤손형 마스크에 의한 노광량보다도 크게 함으로써, 배선부를 형성할 때의 잠상 형성의 프로세스 여유를 확보할 수 있다.
그 외의 구성, 작용, 효과 및 방법에 대해서는, 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지므로 여기에서는 설명을 반복하지 않는다.
(실시예 4)
도 21 내지 도 26을 참조하여, 본 발명에 기초하는 실시예 4에서의 레벤손형 마스크의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 21에, 본 실시예에서 형성하는 레지스트 패턴의 개략 평면도를 도시한다. 본 실시예에서는, 레벤손형 마스크 및 하프톤형 마스크를 이용한다. 기판(9)의 표면에는, 폴리실리콘 등의 도전막(도시 생략)을 개재하여 레지스트 패턴(11∼13)이 형성되어 있다. 레지스트 패턴(11)은, 제1 패턴부(11a)와 제2 패턴부(11b)를 포함한다. 레지스트 패턴(12)은, 제1 패턴부(12a)와 제2 패턴부(12b)를 포함한다.
제1 패턴부(11a, 12a)는, 레벤손형 마스크를 이용해서 형성된다. 또한 제1 패턴부(11a, 12a)를 마스크로 하여 도전막을 패터닝함으로써, 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극으로 된다. 활성 영역(50)은, 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터의 소스 영역이나 드레인 영역으로 된다. 제2 패턴부(11b, 12b)는, 하프톤형 마스크를 이용해서 형성된다. 레지스트 패턴(13)은, 하프톤형 마스크를 이용해서 형성된다. 레지스트 패턴(13)은, 예를 들면, 배선으로 된다.
본 실시예에서는, 제1 패턴부(11a)와, 레지스트 패턴(13)의 직선 형상의 부분과의 거리(L2)에 대응하는 거리는, 160㎚이다. 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극과 배선의 거리는, 160㎚이다. 또한, 본 실시예에서는, 제1 패턴부(12a)와 레지스트 패턴(13)의 직선 형상의 부분과의 거리는, 제1 패턴부(11a)와 레지스트 패턴(13)의 직선 형상의 부분과의 거리와 동일하다.
본 실시예에서는, 제1 패턴부(11a, 12a)의 폭(L3)에 대응해서 형성되는 선의 폭은, 60㎚이다. 또한, 레지스트 패턴(13)의 직선 형상의 부분의 폭에 대응해서 형성되는 선의 폭은, 폭(L3)에 대응하는 폭과 동일하다. 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극의 폭은, 60㎚이다.
도 22에, 본 실시예에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 도 23에, 도 22에서의 ⅩⅩⅢ-ⅩⅩⅢ선에 관한 화살표 방향에서 본 단면도를 도시한다.
본 실시예에서의 레벤손형 마스크는, 투광판(21)의 표면에 차광막(3)을 구비한다. 차광막(3)은, 광을 차단하도록 형성되어 있다. 차광막(3)은, 동 위상 개구부(3a, 3c)와 반전 위상 개구부(3b, 3d)를 가진다. 본 실시예에서는, 동 위상 개구부(3a, 3c)끼리 인접하도록 형성되어 있다.
도 23을 참조하면, 투광판(21)의 표면에는 차광막(3)이 형성되어 있다. 동 위상 개구부(3a, 3c)에서는, 투광판(21)의 주표면이 배치되어 있다. 반전 위상 개구부(3b, 3d)에서의 투광판(21)의 표면에는, 각각 오목부(22)가 형성되어 있다. 오목부(22)는, 반전 위상 개구부(3b, 3d)를 통과하는 광의 위상이 반파장 어긋나도록 형성되어 있다. 즉, 파장이 반전하도록 형성되어 있다. 오목부(22)는, 언더컷부(22a)를 가진다.
레벤손형 마스크에서는, 형성하는 선 패턴 등의 패턴의 양측에, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 배치할 필요가 있다. 즉, 동 위상 개구부와 반전 위상 개구부로 형성하는 패턴을 끼워 넣을 필요가 있다.
레벤손형 마스크의 제조 공정은, 형성하는 패턴에 대하여, 개구부를 설정할 필요가 있다. 레벤손형 마스크의 제조 방법에서는, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 설정하는 개구부 설정 공정을 포함한다. 1개의 동 위상 개구부와 1개의 반전 위상 개구부가 쌍으로 설정됨으로써, 나중의 노광에서 1개의 패턴이 형성된다. 설정된 반전 위상 개구부에 대응하는 기판의 표면에는 오목부가 형성된다. 본 실시예에서는, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부의 쌍 중, 쌍끼리의 거리가 가까운 순으로, 쌍끼리 대향하는 개구부 중 적어도 한 쪽에, 동 위상 개구부를 설정하는 공정을 포함한다.
도 22를 참조하면, 레지스트 패턴(11) 및 레지스트 패턴(12)의 각각에 대응하는 부분의 양측에는, 개구부가 형성되어 있다. 여기에서, 쌍끼리 대향하는 개구부끼리의 거리(L4)를 참작한 경우에, 다른 부분보다도 쌍끼리의 거리가 가장 가까웠다고 한다. 이 경우에, 적어도 한 쪽에 동 위상 개구부를 설정한다. 본 실시예에서는, 쌍끼리 대향하는 개구부의 양방에, 동 위상 개구부(3a, 3c)를 형성하고 있다.
본 실시예에서의 하프톤형 마스크의 구성은, 실시예 3에서의 하프톤형 마스크와 마찬가지이다(도 18 참조).
도 24에, 본 실시예에서의 비교예로서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 도 25에, 도 24에서의 ⅩⅩⅤ-ⅩⅩⅤ선에 관한 화살표 방향에서 본 단면도를 도시한다.
도 24를 참조하면, 비교예로서의 레벤손형 마스크는, 개구부에서, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부의 설정 방법이 상이하다. 동 위상 개구부(3a)와 반전 위상 개구부(3b)가 쌍으로 되어 있다. 또한, 동 위상 개구부(3c)와 반전 위상 개구부(3d)가 쌍으로 되어 있다. 비교예의 레벤손형 마스크에서는, 2개의 쌍끼리 대향하는 개구부가, 반전 위상 개구부(3b, 3d)에 설정되어 있다. 레지스트 패턴(13)의 양측에 대응하는 개구부가, 반전 위상 개구부(3b, 3d)에 설정되어 있다.
도 25를 참조하면, 동 위상 개구부(3a, 3c)에는, 투광판(21)의 주표면이 구성되어 있다. 반전 위상 개구부(3b, 3d)에는, 투광판(21)의 주표면에 오목부(23)가 형성되어 있다. 오목부(23)는, 언더컷부(23a)를 가진다.
레벤손형 마스크의 제조 공정에서는, 예를 들면 투광판의 표면에 개구부를 가지는 차광막을 형성한다. 다음에 드라이 에칭을 행함으로써, 투광판의 주표면으로부터 오목한 부분을 형성한다. 또한, 웨트 에칭을 행함으로써, 차광막의 개구부의 하측에, 언더컷부를 형성한다.
예를 들면, 비교예에서는, 반전 위상 개구부(3b, 3d)의 가장자리로부터 깊이측에 100㎚의 언더컷부(23a)가 형성되어 있다. 반전 위상 개구부(3b)와 반전 위상 개구부(3d)의 거리는 400㎚이다. 이 경우에는, 차광막(3)과 투광판(21)의 접촉 폭(L5)은, 200㎚로 된다. 이와 같이, 접촉 폭(L5)과 반전 위상 개구부(3b) 및 반전 위상 개구부(3d)의 거리와의 비율이 1/2 이하로 된 경우, 언더컷부가 상호 대향하면 차광막(3)과 투광판(21)의 접촉 면적이 작아져 버려서, 부분적으로 차광막의 박리가 발생하는 경우가 있다. 특히, 선 패턴 등의 미세화가 진행되어, 개구부끼리의 거리가 작아지면, 차광막이 부분적으로 박리되는 문제점이 현저하게 발생한다.
개구부를 설정하는 개구부 설정 공정에서, 동 위상 개구부와 반전 위상 개구부의 쌍끼리의 거리가 가까운 순으로 쌍끼리 대향하는 개구부 중 적어도 한 쪽에, 동 위상 개구부를 설정함으로써, 쌍끼리 대향하는 부분에서 차광막이 박리되는 것을 억제할 수 있다. 본 실시예에서는, 쌍끼리 대향하는 양측의 개구부에 동 위상 개구부를 설정하고 있다. 도 23 및 도 24를 참조하면, 상호 대향하는 동 위상 개구부(3a)와 동 위상 개구부(3c)가 설정되어 있다. 따라서, 동 위상 개구부(3a)와 동 위상 개구부(3c)에 끼워지는 차광막(3)의 부분과 투광판(21)의 접촉 면적을 크게 할 수 있어, 차광막(3)의 박리를 억제할 수 있다.
레벤손형 마스크의 개구부의 영역에 대하여, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 설정하는 방법에서는, 예를 들면, 시프터 배치 DA(Design Automation) 시스템을 채용할 수 있다. 시프터 배치 DA에 본원의 개구부의 설정 방법을 적용함으로써, 레벤손형 마스크의 개구부의 종류를 설정할 수 있다.
도 26에, 본 실시예에서의 개구부의 설정 방법의 예를 도시한다. 미리 형성하는 레지스트 패턴에 대하여 광이 투과하는 개구부의 영역을 설정해 두고, 각각의 개구부의 영역에 대해서, 동 위상 개구부 또는 반전 위상 개구부를 설정해 간다.
처음으로, 동 위상 개구부와 반전 위상 개구부를 쌍으로 보았을 때에, 쌍끼리의 거리가 가장 가까운 부분을 선정한다. 이 부분에서, 대향하는 2개의 쌍에 포함되는 4개의 개구부의 영역 중, 상호 대향하는 2개의 개구부의 영역에 동 위상 개구부를 설정한다. 다음으로, 설정한 동 위상 개구부에 대응하는 쌍의 반전 위상 개구부를 설정한다.
다음으로, 설정한 반전 위상 개구부와 다른 반전 위상 개구부의 거리가 가까워, 차광막의 박리가 발생할 우려가 있는지의 여부를 판별한다. 차광막의 박리가 발생할 우려가 있는 경우에는, 설정한 2개의 동 위상 개구부 중, 한 쪽을 반전 위상 개구부로 변경해서 쌍으로 되는 개구부를 동 위상 개구부로 변경한다. 즉, 설정한 반전 위상 개구부와 다른 반전 위상 개구부의 거리가 매우 가깝게 되는 경우에는, 상기한 변경을 원래 상태로 되돌려서 다음 공정으로 진행한다.
다음으로, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부가 설정되어 있지 않은 개구부의 영역에 대하여, 마찬가지의 조작을 반복한다. 이와 같이, 모든 개구부의 영역에 대하여, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 설정한다.
도 26에 도시한 예에서는, 쌍끼리의 거리가 가까운 순으로 동 위상 개구부를 설정하였지만, 이 형태에 한정되지 않고, 쌍끼리의 거리가 소정의 값 이하인 것을 선별하여, 그 중, 쌍끼리의 사이에 하프톤형 마스크로 형성되는 패턴이 존재하는 부분에 대해서, 우선적으로 동 위상 개구부를 설정해도 상관없다.
또한, 반전 위상 개구부에는, 투광판의 표면에 오목부가 형성되는 것 외에, 투광판의 주표면에 시프터가 배치되는 경우가 있다. 이 때문에, 오목부의 형성이나 시프터의 배치에서, 제조 오차가 발생하는 경우가 있다. 즉, 레벤손형 마스크의 제조 오차에 기인하는 위상차의 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 반전 위상 개구부끼리 끼워진 부분에 형성되는 패턴에서는, 위상차의 어긋남에 의한 영향을 받아, 치수 정밀도가 나빠지는 경우가 있다.
그러나, 본 실시예와 같이, 쌍끼리의 거리가 가까운 부분으로부터 순서대로, 하프톤형 마스크로 형성되는 패턴 중 적어도 한 쪽을 동 위상 개구부로 함으로써, 이들 마스크 제조 시에서의 제조 오차에 기인하는 위상이 어긋난 노광을 억제할 수 있어, 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다.
그 외의 구성, 작용, 효과 및 방법에 대해서는, 실시예 1 내지 실시예 3과 마찬가지이므로 여기에서는 설명을 생략한다.
(실시예 5)
도 27 내지 도 31을 참조하여, 본 발명에 기초하는 실시예 5에서의 패턴 형성 방법 및 루벤손형 마스크의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 27은, 본 실시예에서의 레벤손형 마스크로 형성하는 레지스트 패턴의 개략 평면도이다. 기판(9)의 표면에는, 레지스트 패턴(11∼13)이 형성되어 있다. 레지스트 패턴(11)과 레지스트 패턴(12)의 사이에는, 레지스트 패턴(13)이 형성되어 있다. 레지스트 패턴(11)의 제1 패턴부(11a) 및 레지스트 패턴(12)의 제1 패턴부(12a)는, 레벤손형 마스크로 형성되는 부분이다.
레지스트 패턴(13)은, 제1 패턴부(13a) 및 제2 패턴부(13b)를 포함한다. 본 실시예에서는, 제1 패턴부(13a)를 레벤손형 마스크로 형성한다. 제2 패턴부(13b)를 하프톤형 마스크로 형성한다.
본 실시예에서는, 폴리실리콘 등의 도전막(도시 생략) 위에 형성된, 레지스트 패턴(11, 12)의 제1 패턴부(11a, 12a)를 이용해서, 전계 효과 트랜지스터의 게이트 전극이 형성되고, 레지스트 패턴(13)을 이용해서 배선이 형성된다. 제1 패턴부(11a, 12a)의 양측은, 전계 효과 트랜지스터의 소스 영역 등이 형성되는 활성 영 역(50)이다. 레지스트 패턴(11, 12)은, 소자가 형성되는 소자 영역(51)에 형성되어 있다. 소자 분리 영역(52)은, 전계 효과 트랜지스터 등의 소자가 형성되어 있지 않은 영역이다. 레지스트 패턴(13)은, 소자 분리 영역(52)에 형성되어 있다.
도 28에, 본 실시예에서의 레벤손형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 본 실시예에서의 레벤손형 마스크는, 차광막(4)에, 레지스트 패턴(11)의 제1 패턴부(11a)를 형성하기 위한 동 위상 개구부(4a) 및 반전 위상 개구부(4b)가 형성되어 있다. 또한, 레지스트 패턴(12)을 형성하기 위한 동 위상 개구부(4c)와 반전 위상 개구부(4d)가 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 레지스트 패턴(13) 중, 직선 형상의 제1 패턴부(13b)에 대해서도 레벤손형 마스크로 형성한다. 여기에서, 레지스트 패턴(11)과 레지스트 패턴(12)에 끼워지는 레지스트 패턴(13)에서는, 본래는 하프톤형 마스크에 의해 형성되는 부분이다. 본 실시예에서는, 레지스트 패턴(13)을 끼우는 위치에 배치된 반전 위상 개구부(4b)과 동 위상 개구부(4c)의 크기가 확장되어 있다. 반전 위상 개구부(4b)를 통과하는 광 및 동 위상 개구부(4c)를 통과하는 광에 의해, 레지스트 패턴(13)의 제1 패턴부(13a)가 형성된다(도 27 참조).
도 29에, 본 실시예에서의 하프톤형 마스크의 개략 평면도를 도시한다. 투광판(19)의 표면에 차광부(7a)가 형성되어 있다. 차광부(7a)는, 레지스트 패턴(11)의 제1 패턴부(11a), 레지스트 패턴(12)의 제1 패턴부(12a) 및 레지스트 패턴(13)의 제1 패턴부(13a)(도 27 참조)를 피복하도록 형성되어 있다. 차광부(7a)는, 레벤손형 마스크의 개구부(4a∼4d)에 대응하도록 형성되어 있다(도 28 참조).
하프톤부(7b, 7c)는, 레지스트 패턴(11, 12)의 제2 패턴부(11b, 12b)에 대응하도록 형성되어 있다. 하프톤부(7d)는, 레지스트 패턴(13)의 제2 패턴부(13b)에 대응하도록 형성되어 있다(도 27 참조).
도 27을 참조하면, 소자 분리 영역(52)에 형성되는 레지스트 패턴(13)과, 레벤손형 마스크의 노광 영역이 소정의 거리 이내일 때에, 레지스트 패턴(13)의 모두를 하프톤형 마스크에 의한 노광으로 형성하면, 레지스트 패턴(13)의 제1 패턴부(13a)에 대하여, 반전 위상 개구부(4b) 및 동 위상 개구부(4c)를 통과해서 조사되는 노광의 영향이 커진다. 그 결과, 레지스트 패턴(13)의 제1 패턴부(13a)의 치수가 크게 변동하는 경우가 있다.
상기 소정의 거리 내에 있는 경우에는, 패턴형 마스크로 형성될 배선 패턴의 외측에 배치되는 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부의 크기를 확장하여, 레벤손형 마스크에 의해 배선 패턴을 형성한다.
본 실시예에서의 반도체 장치의 제조 방법은, 소자 분리 영역에 형성되는 패턴 중, 하프톤형 마스크로 형성될 제2 패턴과 레벤손형 마스크의 개구부를 통해서 노광되는 영역과의 거리가, 실질적으로 제2 패턴의 치수 변동에 영향을 미치는 거리인 경우에, 제2 패턴의 부분을 레벤손형 마스크에 의해 형성하는 공정을 포함한다.
즉, 본 실시예에서는, 레벤손형 마스크로 형성할 미세한 패턴이나 치수 정밀도가 요구되는 패턴 이외의 패턴에서도, 레벤손형 마스크로 형성되는 패턴과의 거리가 소정의 거리 이내이면 레벤손형 마스크로 노광을 행하여 이 패턴을 형성한다.
도 30 및 도 31에, 본 실시예에서의 레벤손형 마스크의 제조 방법 중, 개구부를 설정하는 개구부 설정 공정을 설명하는 개략 평면도를 도시한다. 본 실시예에서는, 형성하는 레지스트 패턴에 대응하는 레벤손형 마스크의 개구부를 계산기에 의해 설정한다. 계산기는, 레벤손형 마스크의 개구부를 설정하기 위한 프로그램을 포함한다.
도 30은, 계산기에서의 대응부의 설명도이다. 마스크 대응부(31)에 대하여, 레지스트 패턴 대응부(41∼43)를 설정한다. 여기에서, 레지스트 패턴 대응부(41, 42)는, 도 27에서의 레지스트 패턴(11, 12)에 대응하는 부분이다. 레지스트 패턴 대응부(43)는, 도 27에서의 레지스트 패턴(13)에 대응하는 부분이다.
다음으로, 레지스트 패턴 대응부(41, 42)의 주위에, 각각 활성 영역 대응부(44)를 설정한다. 활성 영역 대응부(44)는, 도 27에서의 활성 영역(50)에 대응하는 부분이다.
다음으로, 레지스트 패턴 대응부(41)의 양측에, 동 위상 개구부(31a)와 반전 위상 개구부(31b)를 설정한다. 또한, 레지스트 패턴 대응부(42)의 양측에, 동 위상 개구부(31c)와 반전 위상 개구부(31d)를 설정한다.
레지스트 패턴 대응부(43)는, 반전 위상 개구부(31b)와 동 위상 개구부(31c)에 끼워진다. 여기에서, 레지스트 패턴 대응부(43)와 반전 위상 개구부(31b)의 거리(L6) 및 레지스트 패턴 대응부(43)와 동 위상 개구부(31c)의 거리(L7) 중, 적어도 한 쪽이, 소정의 거리 이내인 경우를 상정한다. 즉, 개구부를 통해 노광되는 부분과 레지스트 패턴의 거리의 설계값이 소정의 거리 이내인 경우를 상정한다. 본 실시예에서의 소정의 거리는, 0.3×λ/NA를 이용하고 있다. λ는 노광을 행할 때의 광원의 파장이고, NA는 개구 수이다. 본 실시예에서의 소정의 거리는, 해상 한계 정도의 치수이다.
본래 하프톤형 마스크로 형성할 레지스트 패턴의 양측에 대응하는 부분에 배치되는 개구부와 레지스트 패턴 대응부의 거리가 상기한 소정의 거리 이내인 경우에서, 레지스트 패턴의 양측의 개구부가 모두 동 위상 개구부인 경우에는, 한 쪽을 반전 위상 개구부로 변경하여도 된다.
도 31은, 계산기에서의 대응부에 더미 활성 영역을 설정하는 공정의 설명도이다. 본 실시예에서는, 레벤손형 마스크의 개구부의 영역에 대하여 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 설정하기 위해서, 시프터 배치 DA(Design Automation) 시스템을 채용한다.
레지스트 패턴 대응부(41, 42)에 대응하는 활성 영역 대응부(44)가 각각 설정된다. 레지스트 패턴 대응부(43)은, 제1 패턴 대응부(43a), 제2 패턴 대응부(43b, 43c)를 포함한다.
상기한 거리(L6) 및 거리(L7) 중 적어도 한 쪽이, 상기한 소정의 거리 내에 있는 경우에는, 레지스트 패턴 대응부(43)를 형성하는 영역에, 더미 활성 영역(45)을 설정한다. 레지스트 패턴 대응부(43)의 제1 패턴부 대응부(43a)의 바로 아래의 층에, 가상적으로 활성 영역을 형성하도록 설정한다. 예를 들면, 더미 활성 영역(45)을 설정하여, 제1 패턴부 대응부(43a)가, 마치 게이트 전극인 것처럼 설정을 행한다.
더미 활성 영역(45)을 설정함으로써, 제1 패턴 대응부(43a)는, 예를 들면, 게이트 전극이 형성되는 것으로 판단되어, 제1 패턴 대응부(43a)가 레벤손형 마스크로 형성될 패턴으로 식별된다. 레벤손형 마스크에서, 제1 패턴 대응부(43a)의 양측에 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부가 설정되어야 한다고 판단된다. 도 30에 도시한 반전 위상 개구부(31b) 및 동 위상 개구부(31c)를 투과하는 노광에 의해 제1 패턴(13a)이 형성되도록, 반전 위상 개구부(31b) 및 동 위상 개구부(31c)가 확장된다. 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부의 데이터에 기초하여, 도 28에 도시한 레벤손형 마스크가 제조된다.
본 실시예에서는, 레벤손형 마스크의 개구부의 종류 및 크기를 설정하는 계산기 프로그램을 이용하고 있다. 소자 분리 영역에 형성되는 패턴 중, 레벤손형 마스크에 의해 형성되는 패턴끼리 끼워지는 부분이 있어, 상기한 소정의 거리 내에 있는 경우에는, 더미 활성 영역을 설정해서 개구부를 확장한다. 더미 활성 영역을 설정함으로써, 용이하게 확장한 동 위상 개구부 또는 반전 위상 개구부를 형성할 수 있다.
본 실시예에서는, 계산기의 프로그램에 의해, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 크게 해야 한다고 판단되어, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부가 확장되어 있다. 이들 개구부를 확장하는 방법으로서는 이 형태에 한정되지 않고, 우선, 제1 패턴 대응부의 양측에 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부가 설정되어, 상호 접촉하는 개구부끼리 결합됨으로써, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부가 확장되어 있어도 상관없다.
본 실시예에서는, 소자 분리 영역에 형성되는 배선 패턴을 레벤손형 마스크로 형성함으로써, 상기 배선 패턴의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 포커스 여유도를 향상시킬 수 있어, 고수율의 회로 패턴을 형성할 수 있다.
전술한 각각의 실시예의 도면에서, 동일하거나 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
본 발명을 상세하게 설명하며 나타내 왔지만, 이는 예시를 위한 것일 뿐으로서, 한정으로 취해서는 안 되며, 발명의 정신과 범위는 첨부의 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이 분명히 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 미세한 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공할 수 있다. 또한, 미세한 패턴을 형성할 수 있는 레벤손형 마스크의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 경간의 치수(spanning dimensions) 중 최소의 치수인 제1 최소 치수를 가지는 제1 패턴과, 경간의 치수 중 최소의 치수인 제2 최소 치수를 가지는 제2 패턴을 포함하는 패턴 형성 방법으로서,
    레벤손형 마스크(Levenson-type mask)를 이용해서 상기 제1 패턴을 형성하기 위한 노광을 행하는 제1 노광 공정과,
    하프톤형 마스크(half tone-type mask)를 이용해서 상기 제2 패턴을 형성하기 위한 노광을 행하는 제2 노광 공정
    을 포함하고,
    상기 제2 최소 치수가 상기 제1 최소 치수의 1.3배 이상으로 되는 경우에, 상기 제2 노광 공정의 노광량이 상기 제1 노광 공정의 노광량 이하로 되도록 행하는 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노광 공정은, 상기 제1 노광 공정의 노광량보다도 적은 노광량으로 되는 투과율을 가지는 상기 하프톤형 마스크를 이용해서 행하는 패턴 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    65㎚ 이하의 설계 기준에 기초하는 반도체 장치의 제조에 이용되는 패턴 형 성 방법으로서,
    이하의 식에 의해 구해지는 ILS 값이 34 이상으로 되도록 행하는 패턴 형성 방법.
    Figure 112006092699184-PAT00001
    (단, Is는, 선 형상 패턴의 폭 80㎚의 슬라이스 값, (ΔI/Δx)는, 광 강도선에서의 슬라이스 값으로 되는 점의 구배임)
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 레벤손형 마스크 및 상기 하프톤형 마스크 중 적어도 한 쪽의 마스크에, 광학 근접 효과 보정을 갖도록 형성한 것을 이용하는 패턴 형성 방법.
  5. 경간의 치수 중 최소의 치수인 제1 최소 치수를 가지는 제1 패턴과, 경간의 치수 중 최소의 치수인 제2 최소 치수를 가지는 제2 패턴을 포함하는 패턴 형성 방법으로서,
    레벤손형 마스크를 이용해서 상기 제1 패턴을 형성하기 위한 노광을 행하는 제1 노광 공정과,
    하프톤형 마스크를 이용해서 상기 제2 패턴을 형성하기 위한 노광을 행하는 제2 노광 공정
    을 포함하고,
    상기 제2 최소 치수가 상기 제1 최소 치수의 1.0배 이상 1.1배 이하로 되는 경우에, 상기 제2 노광 공정의 노광량이 상기 제1 노광 공정의 노광량보다도 커지도록 행하는 패턴 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레벤손형 마스크 및 상기 하프톤형 마스크 중 적어도 한 쪽의 마스크에, 광학 근접 효과 보정을 갖도록 형성한 것을 이용하는 패턴 형성 방법.
  7. 투광판과,
    상기 투광판의 주표면에 배치되고, 복수의 개구부를 가지는 차광막
    을 포함하고,
    상기 개구부는, 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 포함하고,
    상기 반전 위상 개구부에서는, 상기 주표면에 오목부가 형성되고,
    상기 오목부는, 상기 반전 위상 개구부의 단부의 아래까지 연장되도록 형성된 언더컷부를 갖고,
    피처리물에 제1 패턴을 형성하기 위해서, 상기 동 위상 개구부와 상기 반전 위상 개구부가 쌍으로 설정된 레벤손형 마스크의 제조 방법으로서,
    상기 제1 패턴의 양측에, 상기 동 위상 개구부 및 상기 반전 위상 개구부를 정하는 개구부 설정 공정을 포함하고,
    상기 개구부 설정 공정은, 상기 쌍끼리의 거리가 가까운 순으로, 상기 쌍끼 리 대향하는 상기 개구부 중 적어도 한 쪽에, 상기 동 위상 개구부를 설정하는 공정을 포함하는, 레벤손형 마스크의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 개구부 설정 공정은, 상기 쌍끼리의 거리가 가까운 순으로, 상기 쌍끼리 대향하는 상기 개구부의 양측에, 상기 동 위상 개구부를 설정하는 공정을 포함하는, 레벤손형 마스크의 제조 방법.
  9. 소자 영역의 활성 영역에 제1 패턴이 형성되고, 소자 분리 영역에 제2 패턴이 형성된 반도체 장치의 제조에 이용하는 레벤손형 마스크의 제조 방법으로서,
    상기 제1 패턴의 양측에, 개구부로서 동 위상 개구부 및 반전 위상 개구부를 설정하는 개구부 설정 공정을 포함하고,
    상기 개구부 설정 공정은, 상기 제2 패턴이 상기 개구부를 통해 노광되는 부분끼리의 사이에 배치되고, 상기 개구부를 통해 노광되는 부분과 상기 제2 패턴의 거리가, 실질적으로 상기 제2 패턴의 치수 변동에 영향을 미치는 거리 이하인 경우에,
    상기 제2 패턴의 양측에 상기 동 위상 개구부 및 상기 반전 위상 개구부를 설정하는 공정과,
    상기 제2 패턴의 형성이 가능하도록 상기 동 위상 개구부 및 상기 반전 위상 개구부를 확장하는 확장 공정
    을 포함하는 레벤손형 마스크의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 개구부 설정 공정은, 계산기에 의해 상기 동 위상 개구부 및 상기 반전 위상 개구부를 설정하는 공정을 포함하고,
    상기 확장 공정은, 상기 소자 분리 영역의 상기 제2 패턴을 형성하는 영역에 더미 활성 영역을 설정하는 공정을 포함하는 레벤손형 마스크의 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    실질적으로 상기 제2 패턴의 치수 변동에 영향을 미치는 상기 거리로서, 상기 개구부를 통해 노광되는 부분과 상기 제2 패턴의 거리의 설계값을 이용하여, 상기 설계값으로서 0.3×λ/NA(단, λ는 광원의 파장, NA는 개구 수임)를 이용하는 레벤손형 마스크의 제조 방법.
KR1020060127876A 2005-12-15 2006-12-14 레벤손형 마스크를 이용하는 패턴 형성 방법 및 레벤손형마스크의 제조 방법 KR20070064277A (ko)

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