JP3566042B2 - 露光量調節による位相反転マスクの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は位相反転マスクの製造方法に係り、特に半導体装置の製造に使用されるレベンソン形(Levenson type)位相反転マスク(Phase Shift Mask)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置が高集積化されることにより一般の透過形フォトマスク(transparent photomask)としては所定の限界値以下の線幅を有するパターンを具現しにくくなった。従って、パターンの解像度に優れ、かつ最小線幅をさらに低められるPSMに対した研究が活発に進行されている。
PSMを利用してラインアンドスペース(line and space)パターンのような反復パターンを形成する方法においては、半導体基板に転写されるラインパターンを限定する領域を透過する光の位相と各ラインパターンとの間のスペースに該当する他の領域を透過する光の位相が180゜の差を成す。従って、これらがラインパターンの縁部で相殺干渉を起こす。このように、PSMを利用する方法では光の干渉或いは部分干渉を利用して所望の大きさのパターンを露光することにより解像度や焦点深度を増加させうる。
【0003】
一般に、PSMのうちラインアンドスペースの連続パターン及びコンタクトホールパターンに効率よく適用しうるマスクとして交番形PSM(alternative type PSM)、即ちレベンソン形PSMが広く使われている。
レベンソン形PSMは多様な方法で製造されうる。その中、特に石英基板を蝕刻し、この部分を透過する光が蝕刻されない部分を透過する光と180゜の位相差を有させる基板蝕刻法はブランク(blank)マスクによる製造方法により得られるので最近多用されている。
【0004】
図1は基板蝕刻法により製造される従来のレベンソン形PSMの構造を示した断面図である。具体的に説明すれば、従来のレベンソン形PSMを製造するために、まず石英基板110上に遮光層として使用されるクロム膜を所定の厚さで形成した後、通常的な写真蝕刻工程により前記クロム膜をパタニングして遮光層パターン120を形成すると共に遮光層パターン120の間の光透過領域Bを限定する。
【0005】
次いで、結果物の全面にフォトレジスト膜を塗布した後、通常的な写真蝕刻工程により前記フォトレジスト膜をパタニングして所望の光透過領域を露出させるフォトレジストパターン(図示せず)を形成する。次いで、前記フォトレジストパターンを蝕刻マスクとして使用して前記露出された光透過領域の石英基板110を乾式蝕刻することによりトレンチ領域Aを形成する。引続き、前記フォトレジストパターンを除去することによりレベンソン形位相反転マスクを完成する。ここで、前記トレンチ領域Aは、180゜位相シフタ(shifter)領域として作用する。従って、前記トレンチ領域A、即ち位相シフタ領域を透過する光の位相は光透過領域Bを透過する光に対して180゜の位相差を有する。
【0006】
図2は図1に示したような従来のPSMに光を照射した場合、PSMを透過する光度を示す架空イメージ(aerial image)である。
図2の結果は、ライン及びスペースの幅が各々0.2μmの場合に石英基板を蝕刻して得たPSMから得られたものである。この時の露光条件はNA(Numerial Aperture)は0.5、コヒーレンス(coherence)は0.3であった。図2の結果から分かるように、位相シフタ領域を透過する光度と位相シフタ領域と隣接した光透過領域を透過する光度との間に差(ΔI)が生じる。これはトレンチ領域Aの側壁から光の干渉が発生するからである。これにより、位相シフタ領域で臨界寸法(Critical Dimension)が減少して位相シフタ領域とノンシフタ領域との間に臨界線幅の差(ΔCD)が発生される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は光度が低下されるシフタ領域でCDを微細な範囲まで自由に調節しうるPSMの製造方法を提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、透明基板上に遮光層を形成する。前記遮光層上に第1感光膜を形成する。前記第1感光膜のうち一部領域を第1露光量で露光して第1露光領域を形成する。前記第1感光膜のうち他の一部領域を前記第1露光量より大きな第2露光量で露光して第2露光領域を形成する。前記第1及び第2露光領域を含む第1感光膜を現像して前記第1及び第2露光領域の下の遮光層を露出させる第1感光膜パターンを形成する。前記第1感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記露出された遮光層を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する。前記第1感光膜パターンを除去する。前記遮光層パターンが形成された結果物上に第2感光膜を形成する。前記第2感光膜をパタニングして前記第2露光領域の下部の透明基板を露出させる第2感光膜パターンを形成する。前記第2感光膜パターンを蝕刻マスクとして露出された透明基板を異方性蝕刻し、シフタ領域を形成する。
【0009】
前記第1感光膜は電子ビーム(electron beam)用レジスト(resist)膜であり、前記第1露光及び第2露光段階は電子ビームを使用する。
また、前記第2露光量は前記第1露光量の130〜134%である。
前記第2感光膜はレーザー用レジスト膜である。
【0010】
また、本発明では第1感光膜を形成する。前記第1感光膜の所定領域に第1露光量で露光して複数個の第1露光領域を形成する。前記第1露光領域のうち一部にのみ第2露光量で選択的に追加露光して複数個の第2露光領域を形成する。前記第1及び第2露光領域を含む第1感光膜を現像して前記第1及び第2露光領域の下の遮光層を露出させる第1感光膜パターンを形成する。前記第1感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記遮光層を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する。前記第1感光膜パターンを除去する。前記遮光層パターンが形成された結果物上に第2感光膜を形成する。前記第2感光膜をパタニングして前記第2露光領域の下部の透明基板を露出させる第2感光膜パターンを形成する。前記第2感光膜を蝕刻マスクとして前記露出された透明基板を異方性蝕刻し、位相シフタ領域を形成する。
【0011】
前記第2露光量は前記第1露光量の30〜34%である。
本発明によれば、位相反転マスクの位相シフタ領域での露光量を微細な範囲まで調節する方法により位相シフタ領域における線幅を微細に調整する。よって、位相反転マスクを透過する光の臨界線幅の差を最小化しうる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の一実施の形態を詳しく説明すれば次の通りである。
図3乃至図9は本発明の望ましい第1実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
図3を参照すれば、透明な材質、例えば石英よりなる透明基板310上にクロム、酸化クロムまたはMoSiを所定の厚さで蒸着して遮光層320を形成する。前記蒸着方法としてはスパッタリング蒸着工程またはプラズマ蒸着工程等が使用されうる。その後、前記遮光層320上に電子ビーム用レジストをスピンコーティングにより所定の厚さで蒸着して第1感光膜330を形成する。
【0013】
図4を参照すれば、前記第1感光膜330の所定の領域に第1露光量で電子ビームを露光させることにより第1露光領域332を形成する。前記第1露光領域332は電子ビームエネルギーを保った状態で位相反転マスクのノンシフタ領域を限定する。
図5を参照すれば、前記各第1露光領域332のうち所定の領域に第1露光量より高い第2露光量で電子ビームに再び露光させることにより、第2露光領域334を形成する。前記第2露光領域334は電子ビームエネルギーを保った状態で位相反転マスクの位相シフタ領域を限定する。この際、前記第2露光量は位相シフタ領域の望ましいCD範囲により調整可能であり、ライン及びスペースの幅が各々0.2μmの場合には第2露光量が前記第1露光量の約130〜134%になるように調整することが望ましい。前記第2露光量が第1露光量に比べて大きいため、前記第2露光領域334は前記第1露光領域332よりさらに広幅を有する領域にわたって電子ビームエネルギーを保つ。
【0014】
図6を参照すれば、前記第1及び第2露光領域332、334が形成された結果物を所定の現像液で現像して前記第1露光領域332及び第2露光領域334を除去することにより、その下部の遮光層320を露出させる第1感光膜パターン330Aを形成する。
図7を参照すれば、前記第1感光膜パターン330Aを蝕刻マスクとして使用して前記露出された遮光層320を反応性イオン蝕刻(reactive ion etching:RIE)のように異方性食蝕特性が良好な乾式蝕刻工程で蝕刻する。その結果、ノンシフタ領域の幅W1より位相シフタ領域の幅W2がさらに大きくパタニングされた遮光層パターン320Aが形成される。次いで、前記第1感光膜パターン330Aを除去する。
【0015】
図8を参照すれば、前記遮光層パターン320Aが形成された結果物上にレーザー用レジストを所定の厚さで蒸着して第2感光膜を形成する。次いで、レーザーを光源として用いる露光装備を使用して前記位相シフタ領域上の第2感光膜を選択的に露光し、前記露光された第2感光膜を現像して位相シフタ領域の透明基板310を露出させる第2感光膜パターン340を形成する。この際、前記第2感光膜パターン340の間の幅W3は位相シフタ領域の幅W2と同一に形成しうるが、本実施の形態では後続の透明基板310の蝕刻工程時に確保すべきアラインメントマージン(alignment margin)を提供するため、前記第2感光膜パターン340の間の幅W3を前記位相シフタ領域の幅W2より大きく設定することが望ましい。
【0016】
図9を参照すれば、前記第2感光膜パターン340及び前記遮光層パターン320Aを蝕刻マスクとして前記透明基板310の露出部をPIE工程のような乾式蝕刻工程により蝕刻して前記透明基板310にトレンチ領域S1を形成する。前記トレンチ領域S1は位相反転マスクの位相シフタ領域を形成することになる。この際、前記トレンチ領域S1の深さはこの領域を透過する光とノンシフタ領域を透過する光とが相互180゜の位相差を示すように適切な深くで形成する。次いで、前記第2感光膜パターン340を除去して位相反転マスクを完成する。前記第1実施の形態においては位相反転マスクの位相シフタ領域を形成するための露光工程時に露光量を調節することにより、シフタ領域におけるCDを微細な範囲までに調節しうる。これにより、位相反転マスクにおけるΔCDを最小化しうる。
【0017】
図10乃至図12は、本発明の望ましい第2の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
図10を参照すれば、第1の実施の形態における図3の説明と同一な方法により透明基板410上に遮光層420を形成した後、前記遮光層420上に電子ビーム用レジストをスピンコーティングにより所定の厚さで蒸着して第1感光膜430を形成する。
【0018】
図11を参照すれば、前記第1感光膜430のうち位相反転マスクのノンシフタ領域及び位相シフタ領域に対応する部分に電子ビームを所定の第1露光量で露光させることにより第1露光領域432A及び第2露光領域432Bを同時に形成する。この際、前記第1露光領域432A及び第2露光領域432Bは各々相等しい幅にわたって電子ビームエネルギーを保った状態である。
【0019】
図12を参照すれば、前記第2露光領域432Bにのみ限定して第2露光量で電子ビームにさらに露光させることにより、前記第1露光領域432Aよりさらに広い幅を有する変形された第2露光領域432Cを形成する。この際、前記第2露光量は位相シフタ領域の望ましいCD範囲に応じて調整可能であり、ライン及びスペースの幅が各々0.2μmの場合には前記第1露光量の約30〜34%になるように調整することが望ましい。結果的に、前記変形された第2露光領域432Cの幅W2は前記第1露光領域432Aの幅W1より広く形成される。
【0020】
その後、第1の実施の形態の図6乃至図9の説明と同一な方法により位相反転マスクを完成する。
前記第2の実施の形態では位相シフタ領域を形成するために電子ビームによる第1露光工程を経た後、さらに電子ビームによる第2露光工程のみを行なうと説明したが、本発明はこれに限定されなく必要により電子ビームによる追加露光工程を2回以上実施することもできる。
図13乃至図18は本発明の第2の実施の形態により製造された位相反転マスクの架空イメージ(aerial image)の測定結果を示したものである。
【0021】
さらに具体的に、図13乃至図18はそれぞれの位相反転マスクに248nmの波長を有する光を調査させた場合、ウェーハ表面に入射される光度(light intensity)を測定して示したグラフである。それぞれの位相反転マスクは第2露光量として第1露光量の14%、18%、22%、26%、30%及び34%を適用して形成したものである。ここで、それぞれの位相反転マスクに光を照射させるための露光条件は光学レンズの収差(Numerical Aperture:NA)が0.5、コヒーレンス(coherence、σ)は0.375であった。
【0022】
図13乃至図18の分析結果から、図13乃至図18の場合、即ち追加の第2露光量を14%〜26%に調節した場合には、ウェーハ上の各位置に応じる光度のプロファイルのうち隣接したピークが全体的に不均一な状態で分布されていることが分かる(各図面のうち円で示した部分参照)。つまり、前記図13乃至図18の第2露光量で追加露光する場合には、ΔCDの減少が充分でないことがわかる。反面、図13及び図18の場合、即ち追加の第2露光量を第1露光量の30%及び34%とした場合には、ウェーハ上の各位置に応じる光度のプロファイルのうち隣接したピークが全体的に均一な状態で分布されており、ΔCDが最小化されたことを確認しうる。
【0023】
前記結果から、ライン及びスペースの幅が各々0.2μmのパターンを具現する場合には、本発明の第2実施の形態による方法において追加の第2露光量を第1露光量の約30〜34%とする際望ましい結果が得られることが分かる。
同様に、本発明の第1の実施の形態により位相反転マスクを製造する場合には、位相シフタ領域の形成のための第2露光量としてノンシフタ領域の形成時の第1露光量の約130〜134%を設定することにより同一な効果が得られる。
【0024】
【発明の効果】
前述したように、本発明の望ましい実施の形態によれば、位相反転マスクの位相シフタ領域における露光量を微細な範囲まで調節する方法により位相シフタ領域における線幅を微細に調整しうる。よって、位相反転マスクを透過する光の臨界線幅の差を最小化しうる。
以上、本発明を具体的な実施の形態に基づき詳しく説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されなく、本発明の技術的思想の範囲内で当分野で通商の知識を有する者により多様な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板蝕刻法により製造される従来のレベンソン形PSMの構造を示した断面図である。
【図2】図1に示したような従来のPSMを透過した光度を示す架空イメージである。
【図3】本発明の望ましい第1の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図4】本発明の望ましい第1の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図5】本発明の望ましい第1の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図6】本発明の望ましい第1の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図7】本発明の望ましい第1の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図8】本発明の望ましい第1の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図9】本発明の望ましい第1の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図10】本発明の望ましい第2の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図11】本発明の望ましい第2の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図12】本発明の望ましい第2の実施の形態による位相反転マスクの製造方法を順次に示した断面図である。
【図13】本発明の第2の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図14】本発明の第2の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図15】本発明の第2の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図16】本発明の第2の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図17】本発明の第2の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【図18】本発明の第2の実施の形態による方法により製造された位相反転マスクを透過した光の架空イメージを測定したグラフである。
【符号の説明】
310,410 透明基板
320,420 遮光層
320A 遮光層パターン
330,430 第1感光膜
332,432A 第1露光領域
334,432B 第2露光領域
340 第2感光膜パターン
Claims (5)
- 透明基板上に遮光層を形成する段階と、
前記遮光層上に第1感光膜を形成する段階と、
前記第1感光膜の所定領域に第1露光量で露光して複数個の第1露光領域を形成する段階と、
前記第1露光領域のうち一部にのみ第2露光量で選択的に追加露光して複数個の第2露光領域を形成する段階と、
前記第1及び第2露光領域を含む第1感光膜を現像して前記第1及び第2露光領域の下の遮光層を露出させる第1感光膜パターンを形成する段階と、
前記第1感光膜パターンを蝕刻マスクとして前記遮光層を異方性蝕刻して遮光層パターンを形成する段階と、
前記第1感光膜パターンを除去する段階と、
前記遮光層パターンが形成された結果物上に第2感光膜を形成する段階と、
前記第2感光膜をパタニングして前記第2露光領域の下部の透明基板を露出させる第2感光膜パターンを形成する段階と、
前記第2感光膜を蝕刻マスクとして前記露出された透明基板を異方性蝕刻し、位相シフタ領域を形成する段階とを含むことを特徴とする位相反転マスクの製造方法。 - 前記第1感光膜は電子ビーム用レジスト膜であることを特徴とする請求項1に記載の位相反転マスクの製造方法。
- 前記第1及び第2露光領域を形成する段階は、電子ビームを使用して行われることを特徴とする請求項1に記載の位相反転マスクの製造方法。
- 前記第2露光量は前記第1露光量の30〜34%であることを特徴とする請求項1に記載の位相反転マスクの製造方法。
- 前記第2感光膜はレーザー用レジスト膜であることを特徴とする請求項1に記載の位相反転マスクの製造方法。
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