KR100231937B1 - 멀티레벨 레티클 시스템 및 멀티레벨 포토레지스트 프로파일 형성 방법 - Google Patents

Abstract

복수의 입사광강도를 투과시키며, 포토레지스트 프로파일에 복수의 두께를 형성하도록 사용되는 멀티레벨 레티클 제조방법이 제공된다. 레티클의 층들 중 하나의 층으로서 이용되는 불완전투과성막은 중간 강도 광을 제공하도록 이용될 수 있다. 중간 강도 광은 레티클 기판층을 통과하는 감쇠되지 않는 광의 강도와 레티클의 불투명층에 의해 차단되는 완전하게 감소된 광의 강도 사이의 대략 중간의 강도를 갖는다. 노출된 포토레지스트는 2개의 강도의 광을 수광하여, 높은쪽의 강도의 광에 응답하여 레지스터에 비어홀을 형성하고, 중간 광강도에 응답하여 포토레지스트의 중간레벨에 비어로의 접속라인을 형성한다. 멀티레벨 레티클로 된 멀티레벨 레지스터 프로파일을 형성하는 방법 및 멀티레벨 레티클 장치가 제공된다.

Description

멀티레벨 레티클 시스템 및 멀티레벨 포토레지스트 프로파일 형성 방법

점차적으로 소형으로 보다 높은 파워를 갖는 전자제품이 요구되고 있으므로, 보다 작은 구조의 집적회로(IC) 및 대형 기판이 필요해진다. 또한 IC 기판상으로의 회로에 고밀도 패키징이 필요하게 된다. 더욱 소형의 구조로 된 IC회로가 바람직함에 따라 구성요소와 유전체층 사이의 인터커넥션을 가능한 한 작게 할 필요가 있다. 따라서, 비어(via)상호 접속 및 접속라인의 폭을 감소시키는 것에 대한 연구가 계속되고 있다. 전기회로내의 선 및 비어의 크기를 감소시키기 위한 시도에서 알루미늄 대신에 동을 선택하는 것은 당연하다. 동의 전도율은 알루미늄의 약 2배이고 텅스텐의 3배를 넘는다. 그 결과, 알루미늄선 폭의 절반의 폭을 갖는 동선에 의해 동일용량의 전류가 전송될 수 있다.

동의 일렉트로마이그레이션 특성은 알루미늄보다 상당히 우수하다. 일렉트로마이그레이션에 있어서는, 동은 알루미늄보다 약 10배 우수하다. 그 결과, 동선은 알루미늄 선보다 훨씬 작은 단면을 갖는 것이라도, 전기적 및 기계적 집적도를 유지할 수 있다.

그러나, IC처리에 있어서, 동의 사용에 관련한 문제가 있다. 동은 IC처리시에서 이용되는 재료들 중 많은 것을 오염시키게 되므로, 동이 이동되지 않게 주의하지 않으면 안 된다. 또한, 동은 특히 산소 에칭 처리시에 산화되기 쉽다. 에칭처리, 어닐링처리 및 고온을 필요로 하는 처리 중에 동이 산소에 노출되지 않도록 주의해야만 한다. 또한, 동의 산화물은 제거가 곤란하다. 또한, 구조가 소형일 때는 종래의 알루미늄 부착 프로세스를 이용하여, 동을 기판상에 부착할 수 없다. 즉, IC레벨간 유전체의 라인 및 상호접속에 있어서, 알루미늄 대신으로 동과 함께 이용되기 위한 신규한 부착 프로세스가 발전되어 왔다.

갭 충전 능력이 낮음으로써, 소직경의 비어를 충전하기 위해, 알루미늄 또는 동 중 어느 것도 금속을 스퍼터링하는데는 비실용적이다. 동을 부착하기 위해, 화학 증착(CVD)기술이 당해 산업에서 발전되어 왔다. 그러나, CVD기술을 이용하여도, 종래의 에칭프로세스는 이용할 수 없다. 동의 에칭 생성물이 저 휘발성이므로, 약 250℃의 높은 온도에서 동을 제거하는(기화시키는)것이 필요하게 된다. 이 온도는 포토레지스트마스크에는 너무 높은 온도이다. 웨트에칭은 등방성이므로, 많은 적용례에서 부정확할 수 있다. 따라서, IC처리산업은 동의 에칭을 행하지 않는 CVD를 이용하여 비어를 형성하는 프로세스를 발전시켜 왔다. 새로운 방법은 인레이(inlay)프로세스, 또는 다마신(damascene)프로세스라 칭한다.

기판표면과 그 위에 위치하는 유전체 표면과의 사이에 비어 또는 상호접속을 형성하는 다마신 법을 이하 설명한다. 먼저, 하지로 된 기판표면은 산화물 등의 유전체로 완전 피복 된다. 다음, 패터닝된 포토레지스트 프로파일이 산화물상에 형성된다. 레지스트프로파일은 비어가 형성된 산화물의 영역에 대응하는 위치의, 포토레지스트에 형성된 구멍을 갖는다. 제 위치에 잔류하는 산화물의 그 이외의 영역은 포토레지스트로 피복 된다. 다음 포토레지스트로 피복된 유전체는 포토레지스트의 구멍의 하부에 위치한 산화물을 제거하기 위해 에칭된다. 그후, 포토레지스트는 박리된다. 그후, CVD동을 이용하여 비어가 충전된다. 이와 같이, 산화물과 그를 관통하는 동의 비어로 된 층이 기판표면상에 형성된다. 잔존하는 과잉의 동은 당해 기술에서 공지되어 있는 바와 같이 케미컬 메카니컬 폴리쉬(CMP)프로세스를 이용하여 제거된다.

IC산업에 대한 다마신 프로세스 법은 비교적 신기술이므로, 기술이 개량 중에 있다. 개량 중 하나는, 듀얼 다마신법이다. 듀얼 다마신 방법에서, 비어, 인터커넥션 및 라인은 2개의 다른 레벨에서 유전체에 형성된다. 상기한 다마신프로세스의 예에 의하면, 듀얼 다마신 방법에서는, 새로운 (산화물)표면에서 그의 하부에 위치하는 기판표면과 새로운 (산화물)표면 사이의 산화물의 레벨까지 연장하여 부착된 산화물에 제2비어, 또는 접속라인이 부가된다.

듀얼 다마신 방법은 1996년 6월 10일 출원되어 계류중인 미국 특허 출원 번호 제08/665,014호의 제1도-제6도에 선행기술로서 상세하게 기재되어 있다. 상기 계류중인 출원의 발명의 명칭은“멀티레벨 포토레지스트 패턴을 전사하기 위한 방법(Method for Transferring a Multi-level Photoresist Pattern”이고, 발명자는 Tue Nguyen, Sheng Teng Hsu, Jer-shen Maa 및 Bruce Dale Ulrich이다. 듀얼 다마신 프로세스를 행하는 하나의 공지된 방법은 복수의 포토레지스트 마스크 및 에칭공정에 의한 것이다. 단일 레벨의 포토레지스트 프로파일은 부착된 유전체상에 형성되며, 비어패턴은 유전체 재료의 제1인터레벨까지 에칭을 행함에 의해 형성된다. 프로세스의 이 시점에서, 비어는 일부만이 에칭된다. 다음, 포토레지스트가 박리되고, 제2의 단일층 포토레지스트 프로파일이 유전체표면에 형성됨에 의해, 유전체 재료의 제2의 인터레벨까지의 인터커넥션 패턴이 형성된다. 상호접속은 에칭에 의해 형성된다. 인터커넥션의 에칭과 동시에 하방에 위치한 기판층의 인터커넥션이 노출되어 전기적 접촉을 가능케 하도록, 비어가 에칭된다. 이 방법을 이용하면 포토레지스트 프로파일의 얼라인먼트가 문제이다. 2개의 포토레지스트 프로파일이 정확하게 얼라인먼트되지 않으면, 유전체재료의 교차형상에 미스얼라인먼트가 발생된다. 즉, 제1포토레지스트 패턴과 연관된 도전라인이 제2포토레지스트 프로파일과 연관된 비어와 정확하게 교차할 수 없게 된다. 얼라인먼트 에러는 교차형상을 오버사이즈로 형성함에 의해 정정될 수 있지만, 접속라인 및 비어의 크기 감소라는 전체적인 목적의 효과를 감소시킨다. 얼라인먼트의 문제에 의해 수율이 감소되고 IC처리의 비용상승 및 IC처리의 복잡화를 초래한다.

듀얼 다마신 프로세스를 행하는 다른 하나의 공지된 방법은 복수의 레벨, 또는 두께를 가진 포토레지스트 프로파일을 이용하여 IC유전체의 복수레벨에서 비어 및 인터커넥션을 형성하는 것이다. 포토레지스트에 직접 멀티레벨 패턴을 기입하도록 전자빔 또는 레이저가 이용되지만, 상업적인 측면에서 실용적이지 않다. 레티클의 크롬마스크 상에서 투명한 구멍으로 나타나는 점들의 반복적인 패턴으로 형성되는, 수위“그레이톤”마스크는 Pierre Sixt의,“위상마스크 및 그레이톤 마스크(Phase Masks and Gray-Tone Masks)”, Semiconductor FabTech, 1995, 209항에 기재된 바와 같이, 멀티레벨 레지스터 프로파일을 형성하도록 이용된다. 또한, Sixt는 유전체상에 멀티레벨 레지스터를 전사하는 프로세스를 개략적으로 기재하고 있다. 이 프로세스는 유전체 재료와 레지스터 재료 사이의 일대일의 에칭 선택성에 의존한다. 다음, 유전체 및 그 위에 위치하는 포토레지스트 프로파일은 노출된 어떠한 유전체재료도 상방에 위치하는 포토레지스트 재료로서 동일속도로 에칭되도록 함께 에칭된다. 레지스터의 층이 얇게 됨으로써, 유전체로의 에칭깊이가 깊게 된다. 그 결과, 에칭후의 유전체의 형상은 일반적으로 프로세스를 개시할 때 유전체 상에 위치하는 포토레지스트 패턴과 유사하게 된다. 이 방법에 따른 하나의 문제는 동일 에칭선택성을 갖는 유전체재료 및 포토레지스트 재료를 발견하는 것이다. 또한, 여러 가지 형상, 특히 소형 또는 비교적 복잡한 형상을 이 방법을 이용하여 유전체에 전사하는 것이 곤란하다. 에칭프로세스의 폴리머 및 부생성물은 레지스터패턴의 영역으로 집중하는 경향이 있어서, 레지스터 프로파일의 형상 및 에칭속도가 변화한다. 또한, 문헌에 따르면 그레이톤 마스크의 화소 사이즈에 의해 분해도가 제한됨에 의해, 이 방법으로 제조된 비어가 약 25㎛의 비교적 큰 사이즈를 갖는 것으로 개시하고 있다. 이 사이즈의 비어는 종래의 방법에 의해 형성된 비어의 크기보다 2배정도 크고, 대다수의 IC 처리용으로 적당하지 않다.

포토레지스트 마스크의 제조시에 광의 위상시프트를 위해 멀티레벨 레티클을 이용하는 것은 당해 기술에서 공지되어 있다. 멀티레벨 레티클, 또는 위상 시프트 레티클은 레티클 구멍에서 회절되는 광 패턴의 의도되지 않은 강한 간섭을 감소시키도록 이용된다. 강한 간섭은 2개의 다른 광원에서의 광의 동위상에서의 간섭이다. 구멍으로의 광의 조사는 광이 높은 코히어런트광이라도, 적어도 어느 정도의 회절을 발생시킨다. 구멍을 통해 회절된 광의 패턴은 당해 기술분야에서 공지된 바와 같이 구멍의 형상 및 파장에 의존한다.

종래의 레티클, 또는 2레벨 레티클은 실질적으로 모든 조사광을 투과시키는 투명기판과, 실질적으로 조사광을 투과시키지 않는 불투명기판으로 이루어진다. 정방형 구멍 2레벨 레티클을 통과한 광은 일반적인 구멍형상을 형성하고, 그 구멍형상의 에지 주변에 어느 정도의 광의 회절이 발생된다. 광 간섭효과에 연관된 하나의 일반적인 문제는 레티클의 2개의 대응하는 구멍을 통과하는 광으로부터, 포토레지스트 마스크상에 형성된 2개의 비어들 사이의 영역에서 발생된다. 2개의 비어 구멍을 통과하는 광의 광 간섭효과는 2개의 비어 사이에서 발생되어, 최종적으로 포토레지스트 마스크에서 에칭된 IC기판의 결함으로 되며, 얇은 레지스터에 대한 의도하지 않은 영역을 발생시킨다. 이 프로세스는 바람직한 실시예의 상세한 설명에서 제1도 및 제2도를 참조하여 상세하게 설명한다.

상기한 바와 같이, 위상 시프트 레티클은 동위상에서의 광 간섭효과의 문제를 최소화하기 위하여 개발되었다. 위상 시프트 레티클의 일반적인 원리는 광의 위상을 변화시켜서, 복수의 회절원으로 조사되는 포토레지스트 마스크의 영역에서의 간섭을 촉진시키는 것이다. 즉, 하나의 회절원에서의 광은 제2회절원에서 180도의 위상 차를 가지도록 조정되며, 그 결과, 2개의 회절원에서의 회절효과가 자기 상쇄된다.

이 180도 위상 시프트를 행하는 전형적인 방법은 소위“하프톤”막, 또는 불완전투과성막을 이용한 것이다. 하프톤막을 이용한 전형적인 위상 시프트 레티클은 Garofalo등의 미국 특허 제5,358,827호에 개시된다. 다른 위상 시프트 멀티레벨 레티클은“하프톤 위상 시프트 마스크에서의 크롬 패턴(COSAC)의 부로브 강도의 제어(The Control of Sidelobe Intensity of the Chrome Pattern(COSAC) in Half-Tone Phase shifting Mask)”, 1995 International Conference on Solid State Devices and Materials, 1995년 8월 21일-24일까지의 예고집, 935-937페이지에, Kobayashi, Oka, Watanabe, Inoue 및 Sakiyama에 의해 개시되었다. 마찬가지의 위상 시프트 레티클을 기재하고 있는 다른 문헌은, Levenson, Viswanathan 및 Simpson에 의한,“위상시프트 마스크를 이용한 포토리소그라피의 분해도 개선(Improving Resolution in Photolithography with a Phase shifting Mask)”, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-29, No.12,(1982년 12월)에 개시되어 있다.

상기 개시된 내용은, 실질적으로 모든 조사광을 투과하는 수정재료로 된 투명기판으로 제조된 레티클을 나타낸다. 레티클은 투과광의 위상을 시프트 하는 기판상의 하프톤막, 또는 위상차막(phase shifting film)으로 구성된다. 투과광을 실질적으로 차단하기 위한 불투명막이 하프톤 층상에 위치한다. 위상시프트의 사용에 의해, 상기 레티클은 실질적으로 2개의 강도, 즉 100%의 강도 및 0%의 강도의 광을 생성하여, 당해 기술분야에서 공지된 바와 같이, 단일 레벨 포토레지스트 마스크를 형성한다. 또는 레티클은 단일의 강도(100%의 투과성)에서 광을 생성하며, 광을 차단(0%의 투과성)할 수 있다. 단일 레벨 포토레지스트 마스크를 이용하여 행해지는 위상 시프트는 비어등의 형태를 보다 명확하게 규정하며, 회절의 영향을 감소시키도록 행해진다. 통상적으로 종래의 하프톤 재료는 광감쇠 특성과는 전혀 다른 위상 시프트 특성에 대하여 선택된다. 따라서, 위상 시프트 레티클의 하프톤막은 Levenson의 문헌에 개시된 바와 같이 실질적으로 감쇠를 발생시키지 않고, 투과광에 180도의 위상 시프트를 부여하도록 선택된다. 또는, 하프톤막은 Kobayashi등에 의해 개시된 바와 같이, 투과광의 강도를 실질적으로 감쇠시킴으로서 투과광에 180도의 위상시프트를 부여하도록 선택된다.

포토레지스트 마스크의 제조시에 하프톤막의 강도감쇠특성을 이용함이 유리하다.

또한, 하프톤막의 강도 감쇠특성을 이용하여 멀티레벨을 갖는 포토레지스트 마스크 또는 포토레지스트 패턴을 제조하여, 복수의 깊이들에 IC기판재료의 에칭을 행함이 유리하다.

복수의 두께를 갖는 포토레지스트 마스크를 제조하기 위해 하프톤막의 광감쇠 특성과, 샤프한 형상을 생성하고 회절에 의해 발생되는 에러를 감소시키기 위한 하프톤막의 위상 시프트 특성을 조합하는 것이 유리하다.

따라서, 입사광이 통과하여, 감광성 포토레지스트 표면상에 소정의 조사영역을 규정하는 레티클이 제공된다. 레티클은, 제1강도의 투과광을 생성하는 제1투과레벨막, 제1강도보다 큰 제2강도의 투과광을 생성하는 제2투과레벨막, 제2강도보다 큰 제3강도의 투과광을 생성하는 제3투과레벨막을 구비한다.

제2투과레벨막이 약 10%이상 약 90%미만의 입사광을 투과시킴에 의해, 제2투과레벨막의 감쇠특성은 감광성표면에 광이 도입될 때에 포토레지스트의 조사 영역에 적어도 3개의 구별된 강도를 레티클이 형성하도록, 제1투과레벨막 감쇠특성과 제3투과레벨막 감쇠특성 사이의 대략 중간의 특성을 갖는다.

포토리소그라피법을 이용하여 레티클기판상에 입사광을 투과시키는 레티클을 형성하는 방법도 제공된다. 이 방법은 레티클기판상에, 입사광의 일부를 투과시키기 위한 적어도 하나의 막을 부착하는 단계를 포함하며, 그 불완전투과성막은 그 막을 통해 투과하는 광의 강도를 소정 퍼센트 저하시키며, 기판은 그 기판으로 입사하는 실질적으로 모든 광을 통과시킨다. 이 방법은 레티클기판상에 불투명막을 부착시키는 단계를 포함하고, 그 불투명막은 실질적으로 모든 입사광을 감쇠하도록 광을 차단한다. 이 방법에서는 먼저 부착된 불투명막 및 먼저 부착된 불완전투과성막의 선택적인 부분을 에칭하여, 레티클기판 및 불완전투과성막의 소정영역을 노출시킴으로써, 레티클로 도입된 광이 레티클기판, 불완전투과성막 및 잔존하는 불투명막의 소정영역을 통과하여, 적어도 3개의 광강도를 생성한다.

또한, 포토레지스트 프로파일을 기판상에 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기판상에 소정의 두께를 갖는 포토레지스트층을 제공하는 단계 및 제1투과강도를 갖는 레티클을 통해 광을 포토레지스트로 도입하여 포토레지스트상에 제1 노광 패턴을 형성하고 제2투과강도를 갖는 레티클이 포토레지스트에 제2노광 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 이 방법은 포토레지스트를 현상하여, 제1노광패턴의 영역에서, 상기 소정두께미만의 제1두께의 포토레지스트를 제거하고, 제2노광패턴의 영역에서 제2두께의 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함함으로써, 상기 프로파일이 복수의 다른 두께를 갖는 포토레지스트의 영역을 갖는다.

제1도는 3개의 비어를 형성하기 위한 레티클 및 레티클을 투과하는 광의 상대 강도를 나타낸 부분 단면도(종래 기술).

제2도는 제1포토레지스트 패턴이 상부에 위치하고 있는 상태의 2레벨 레티클의 부분단면도.

제3도는 제1에칭 단계후의 제2도의 3레벨 레티클의 부분 단면도.

제4도는 제2포토레지스트 패턴이 상부에 위치하고 있는 상태의 제3도의 3레벨 레티클의 부분단면도.

제5도는 제2에칭 단계후의 제4도의 3레벨 레티클의 부분 단면도.

제6도는 3레벨 레티클로 형성된 2레벨 포토레지스트 패턴의 부분단면도.

제7도는 패턴의 분해능을 높이도록 위상 시프트를 이용하여 3레벨 레티클로 형성될 2레벨 포토레지스트 패턴의 부분 단면도.

제8도는 레지스터 두께, 노광 시간 및 불완전투과성막의 투과특성 사이의 관계를 나타낸 그래프.

제9도는 멀티레벨 레티클의 부분 단면도.

제10도는 제1에칭 단계후의 제9도의 멀티레벨 레티클의 부분 단면도.

제11도는 제2포토레지스트 패턴이 상부에 위치한 상태의 제10도의 멀티레벨 레티클의 부분 단면도.

제12도는 제2에칭 단계후의 제11도의 멀티레벨 레티클의 부분단면도.

제12(a)도는 복수의 불완전 투과성레벨막을 갖는 멀티레벨 레티클의 부분 단면도.

제13도는 입사하는 광을 3개의 강도로 감광성표면에 투과시키는 3레벨 레티클의 부분 단면도.

제14도는 3레벨 레티클을 형성하기 위한 본 발명의 방법의 단계를 나타낸 도면.

제15도는 멀티레벨 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 본 발명의 방법의 단계를 나타낸 도면.

제16도는 단일의 노광으로 복수의 두께를 갖는 포토레지스트막을 패터닝하기 위한 본 발명 방법의 단계를 나타낸 도면.

제17도는 단일의 레티클로 된 2개의 노광 패턴을 갖는 포토레지스트 프로파일을 형성하는 본 발명의 방법을 나타낸 도면.

제18(a)도-제18(b)도는 본 발명의 다른 실시예로서, 멀티레벨 포토레지스트 프로파일에서 멀티레벨 레티클을 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.

제1도는 3개의 바이어스를 형성하도록 이용되는 레티클, 및 그 레티클을 투과하는 광의 상대강도를 나타낸 부분 단면도이다. 도시안된 광원에서의 입사광(10)은 레티클(12)로 도입된다. 레티클(12)은 수정 등의 재료로 된 레티클 기판(14)을 포함한다. 기판(14)상에는 위상 시프트막(16,17)의 2개의 영역이 위치한다. 위상 시프트막(16,17)상에는 크롬 등의 불투명막 (18,19)의 2개의 영역이 위치한다. 투과광(20)은 레티클(12)에서 배출되어 도시 안된 포토레지스트막으로 향한다. 상대적 광강도의 그래프(22)가 표시되어 있다. 입사광이 기판(14)을 통과하는 위치에서, 투과광은 입사광에 대해 실질적으로 100%의 강도를 갖는다. 입사광이 위상 시프트막(16,17) 및 불투명막(18)으로 도입되는 영역에서는, 투과광은 실질적으로 제로로 된다. 제1구멍(24) 및 제2구멍(26)을 통과하는 광의 회절은 위상 시프트막(16)을 통과하여 투과하는 광의 영향에 의해 완화된다. 위상 시프트막(16)이 없으면, 구멍(24,26)에 의한 회절은 광 간섭효과를 발생시키며, 이에 의해 그래프(22)에 점선으로 나타낸 고강도 프로파일(30)이 형성된다. 마찬가지로, 위상 레지스터 막(17)이 제거되면, 구멍(26,32)의 광 간섭효과에 의해 발생된 고강도가 점선(34)으로 나타낸 바와 같이 형성된다. 점선(30,34)으로 나타낸, 의도하지 않은 고강도의 영역은 레티클(12)에서 형성된 포토레지스트 프로파일(36)로 변형된다. 점선(38,40)에 의해 나타내진 포토레지스트(36)의 변형에 의해, 포토레지스트 프로파일(36)에서 에칭된 IC기판에 의도하지 않은 에칭이 결국 발생된다.

제2도-제5도는 본 발명의 방법을 이용하여 3레벨 레티클을 형성하는 예를 나타낸다. 제2도는 제1포토레지스트 패턴이 상방에 위치한 상태의 3레벨 레티클의 부분 단면도이다. 레티클(50)은 수정기판(52), 불완전투과성막(54), 불투명막(56) 및 상방에 위치한 제1포토레지스트 패턴(58)을 포함한다. 포토레지스트(58)는 레티클(50)로의 에칭을 위한 구멍(59)에서 패터닝되어 있다.

제3도는 제1에칭단계후의 제2도에 나타난 3레벨 레티클(5)의 부분단면도이다. 불투명막(56) 및 불완전투과성막(54)을 통해 에칭된 구멍은 수정기판(52)의 소정영역(60)을 노출시킨다. 그 구멍은 레지스터(58)의 구멍(59)의 하방에 위치한다.

제4도는 제2포토레지스트 패턴(62)이 상방에 위치한 상태에서의 제3도에 나타낸 3레벨 레티클(50)의 부분단면도이다. 제2레지스터패턴(62)은 불투명막(56)의 소정영역(63)을 노출시키는 구멍을 갖는다.

제5도는 제2에칭단계후의 제4도에 나타낸 3레벨 레티클(50)의 부분단면도이다. 불투명막(56)의 영역(63)을 통해 에칭된 구멍은 불완전투과성막(54)의 소정표면영역(64)을 노출시킨다.

제5도는 레티클(50)을 나타내며, 입사광은 레티클(50)을 통과하여, 감광성 포토레지스트 표면상에 소정의 조명영역을 규정한다. 레티클(50)은 제1강도의 투과광을 생성하는 제1투과막(56), 제1강도보다 큰 제2강도의 투과광을 생성하는 제2투과레벨막(54), 및 제2강도보다 큰 제3강도의 투과광을 생성하는 제3투과레벨막(52)을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제3투과레벨막(52)은 기판이고, 제2투과레벨막(54)은 제3투과레벨막(52)상에 위치하며, 제1투과레벨막(56)은 제2투과레벨막(54)상에 위치한다.

본 발명의 특징은, 제1투과레벨막(56)이 크롬(CR), 산화크롬(Cro) 및 산화철로 된 그룹에서 선택된 불투명막이고, 이에 따라 제1투과레벨막(56)은 입사광을 실질적으로 차단하게 된다는 것이다. 또한, 제3투과레벨막(52)은 수정, 합성수정 및 유리로 된 그룹에서 선택되며, 이에 의해 제3투과레벨막(52)은 투명하게 되며, 그 결과, 실질적으로 모든 입사광을 통과시키는 것도 본 발명의 또 하나의 특징이다. 본 발명의 바람직한 형태에서, 제1투과레벨막(56)은 제2투과레벨막(54)의 소정영역(64)을 노출시키도록, 제1투과레벨막(56)을 관통하는 제1투과레벨구멍을 가지며, 제2투과레벨영역(64)은 제3투과레벨막(52)의 소정영역(60)을 노출시키도록, 제2투과레벨막(54)을 관통하는 제2투과레벨구멍을 갖는다. 통상적으로 각층의 두께는 크롬 불투명층이 110나노미터(nm), 불완전투과성막이 80nm, 수정기판이 0.09인치이다.

제2투과레벨막(54)은 광의 위상을 소정정도(degree)로 지연시켜서 레티클의 투과레벨막간의 위상 차가 투과광강도의 분해능(resolution)을 개선시킨다. 그 결과, 포토레지스트의 인접한 조명 영역사이에서 광 간섭효과가 감소된다. 제2투명레벨막(54)이 투과광의 위상을 약 90°지연시키는 것이 본 발명의 또 하나의 특징이다.

제6도는 3레벨 레티클로 형성된 2레벨 포토레지스트 패턴의 부분 단면도이다. 레티클을 통해 노광하기 전에는, 포토레지스트의 두께가 도시된 바와 같이 11.0미크론과 12.8미크론의 경계의 사이, 약 2미크론이다. 레티클을 통한 노광 후에는, 제6도에 도시된 2레벨 레지스터패턴이 현상된다. 약1미크론의 레지스터가 제거되어 약 0.5미크론의 두께를 갖는 중간 레벨이 형성된다. 비어의 크기를 감소시키기 위해서는, 단일 레벨 레지스터 프로파일을 생성하도록, 해당분야에서 공지된 위상 시프트 기술을 이용한다. 제7도는 패턴의 분해능을 높이기 위해 위상 시프트를 이용한 3레벨 레티클로 형성된 2레벨 포토레지스트 패턴의 부분단면도이다. 비어는 제6도의 비어보다도 실질적으로 작고, 비어를 둘러싸는 중간표면은 더욱 평탄하다. 따라서, 레티클은 불완전투과성막을 이용하여 중간강도를 생성하여 중간 레지스트레벨을 형성하며, 레티클은 분해도를 제어하도록 위상시프트용 불완전투과성막을 이용한다. 180도 위상 시프트 막의 사용에 의해, 비어를 둘러싸는 범위의 레지스터의 영역에서 과잉 상쇄(cancel lation)가 야기되는 것으로 밝혀졌다. 최적의 결과는 회절광의 일부만의 상쇄화를 이용할 때 얻어진다. 90도의 위상 시프트를 갖는 불완전투과성막을 이용하면, 30%의 투과강도(입사광의 70%를 감쇠)가 효과적인 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 제2투과레벨 또는 불완전투과성막(54)은 산화 주석 인듐 및 몰리브덴실리콘옥시니트라이드로 된 그룹에서 선택되며, 이에 의해 제2투과레벨막(54)이 투과광의 강도를 소정 퍼센트 감쇠시킨다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 제2투과레벨막(54)은 약 10%를 초과하지만, 약 90%미만의 입사광을 투과시키며, 이에 의해 제2투과레벨막(54)의 감쇠특성은 제1투과레벨막(56)과 제3투과레벨막(52)의 거의 중간의 감쇠특성을 갖는다. 그 결과, 광이 감광성 표면으로 도입되면, 레티클(50)은 포토레지스트의 조명 영역상에 적어도 3개의 구별된 강도를 형성한다.

레티클(50)로 도입된 입사광은 소정의 파장 및 소정의 강도를 갖는 것이 본 발명의 또 하나의 특징이다. 수은 아크 램프에서 생성된 파장 0.365㎛의 I광선이 통상적으로 입사광원으로서 이용된다(도시안됨). 이와다르게는, 파장 0.248㎛의 불화크립톤 레이저 등, 여러 가지의 다른 파장이 이용될 수 있다. 레티클 상에서의 광강도는 통상적으로 500-1000와트이다. 본 발명의 방법은 특별한 광파장대에 한정되지 않고, 모든 적절한 파장에 적용될 수 있다.

제8도는 레지스터 두께, 노광시간 및 불완전투과성막 투과특성 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 규격화 노광량 1.0은 (현상 후에)포토레지스트를 완전하게 제거하기 위해 필요한 노광시간에 대응한다. 통상적으로, 포토레지스트를 완전하게 노광시키기 위해서는 약 100-300ms의 노광시간을 필요로 한다. 투과율 30%의 불완전투과성막(마스크)을 사용함에 의해, 약 0.5의 규격화 노광량을 이용하여 약 10,000옴그스트롱의 레지스터 두께를 생성할 수 있다. 포토레지스트의 중간레벨의 두께는, 광강도 및 시간의 함수인 레지스트로의 광강도를 변화시킴에 의해 조정될 수 있다. 그러나, 저도즈(0.5규격화 노광량보다 작음)에서는, 레지스터 프로파일을 통한 비어를 일관적으로 형성하기 위해 충분한 광이 제공되지 않는다. 고도즈(0.5규격화 노광량 보다 많음)에서는, 비어의 크기가 과대하게 되고, 비어 벽이 경사지게 된다. 따라서, 비어가 형성된 레지스터의 영역에 부정확하게 광조사를 행하여 프로파일을 통한 비어형성이 불리하게 행해지지 않고, 프로파일의 적절한 두께에 중간레벨이 형성되도록 30%투과막을 이용함에 의해 레지스터에 정확하게 광조사가 행해지도록 조사시간을 선택할 수 있게 된다. 제9도-제12도는 복수의 제2의 투과레벨막을 갖는 멀티레벨 레티클의 형성 방법을 나타내고 있다. 제9도는 멀티레벨 레티클(70)의 부분 단면도이다. 레티클(70)은 불투명막, 또는 제1투과레벨막(72), 제1불완전투과성막(74), 제2불완전투과성막(76), 투명기판, 또는 제3투과레벨막(78) 및 그의 상부에 위치하는 구멍을 갖는 제1포토레지스트 프로파일(80)을 포함한다.

제10도는 제1에칭 단계후의 제9도의 멀티레벨 레티클(70)의 부분 단면도이다. 구멍은 불투명막(72), 제2불완전투과성막(76) 및 제1불완전투과성막(74)에서의 에칭에 의해 기판(78)의 소정의 표면영역(82)을 노출시킨다. 에칭된 구멍은 제9도에 나타낸 레지스터(80)의 패턴중의 구멍의 하부에 위치한다.

제11도는 제2포토레지스트 프로파일(84)이 상부에 위치한 상태의 제10도에 나타낸 멀티레벨 레티클(70)의 부분 단면도이다. 레지스터프로파일(84)은 불투명막(72)의 소정의 표면영역(86)을 노출시키기 위한 구멍을 갖는다.

제12도는 제2에칭 단계후의 제11도에 나타낸 멀티레벨 레티클(70)의 부분 단면도이다. 에칭 후에, 제1의 불완전투과성막(74)의 소정표면영역(88)이 노출된다. 레티클(70)로의 입사광은 제1투과레벨에서 불투명막(72)을 투과한다. 입사광은 제1불완전투과성막(74) 및 제2불완전투과성막(76)을 제2강도로 투과한다. 입사광은 노출표면(82)의 영역에서 기판(78)을 제3강도로 투과한다.

제9도-제12도의 레티클(70)은 복수의 제2투과레벨막이 제공된 것을 제외하면, 제2도-제5도의 레티클(50)과 동일하다. 복수의 제2투과레벨막(74,76)은 제1강도보다 크고 제3강도보다 작은 복수의 제2강도중의 하나의 강도로서 투과광을 각각 생성하고, 이에 의해 제2강도의 범위 내에 광이 제공된다. 본 발명은 제2투과레벨막이 2개만의 경우로 한정되지 않고, 그 이상으로도 사용될 수 있다. 또한, 복수의 제2투과레벨막(74,76,72)으로 된 제1투과레벨막을 갖는 레티클(50)로서 레티클(70)이 얻어진다. 복수의 제2투과레벨막(74,76,72)은 각각 불완전투과성막층이고, 그 결과 복수의 2레벨막(74,76,72)을 통해 투과된 광의 강도 특성이 누적되어 제1투과레벨막의 광투과특성이 생성된다.

즉, 제2투과레벨막은 제12도에 도시된 바와 같이 조합되어, 2개 또는 그 이상의 불완전투과성막의 조합에 의해 발생되는 투과감쇠 및 위상시프트가 얻어진다. 이와 다르게, 제12(a)도는 복수의 불완전 투과성레벨막을 갖는 멀티레벨 레티클의 부분 단면도이다. 제3포토레지스트 패턴이 형성되며, 이에 의해 제1투과레벨막(74)의 일부를 노출시킨다. 다음, 제1투과레벨막(74)이 에칭되어 제2투과레벨막(76)의 영역(89)을 노출시킨다. 그 후, 광은 4개의 강도(및 위상)로 레티클을 투과한다. 즉, 불투명층을 투과하는 약 0%의 광강도와, 제1불완전투과성막(74) 및 제2불완전투과성막(76)의 조합을 갖는 영역(88)을 투과하는 광강도와, 제2투과레벨막(76)의 영역(89)을 투과하는 광강도와, 수정기판(78)의 영역(82)을 투과하는 광강도로 투과한다. 이 프로세스는 불완전투과성막의 다른 부가된 층들에서 되풀이될 수 있다.

제1투과레벨막이, 복수의 불완전투과성막(74,76,72)중의 제1갯수의 막, 즉 실질적으로 모든 막을 가지며, 제2투과레벨막은 불완전투과성막층(74,76,72)중의 제1갯수보다 작은 제2갯수의 막을 포함하는 것이 본 발명의 또 하나의 특징이다. 본 발명에서는, 제1투과레벨막의 불완전투과성막층의 수는 3개만으로 제한되지 않고, 더 많은 불완전투과성막층이 이용될 수 있다.

제13도는 감광성 표면상에 3개의 강도로 입사광을 투과시키는 3레벨 레티클의 부분단면도이다. 3레벨 레티클(90)은 투명기판(92), 불완전투과성막(94) 및 불투명막(96)을 포함한다. 레티클(90)로 입사하는 광(98)은 복수의 강도의 투과광(100)으로서 출력된다. 설명을 간단화하도록, 레티클(90)과 포토레지스트 마스크(102)와의 사이에 통상적으로 이용되는 렌즈는 도시하지 않았다. 일부 노광 시스템에는, 포토레지스트를 레티클과 동일크기로 노출하고 있지만, 축소시스템에서 렌즈를 이용하여 레티클 패턴보다 5배 또는 10배 작은 패턴을 레지스터 상에 생성하는 것이 일반적이다. 불투명막(96)을 통해 투과된 광은 포토레지스트(102)의 제1영역(104)에서 포토레지스트(102)에 실질적으로 영향을 주지 않도록 차단된다. 불완전투과성막(94)을 통해 투과된 광은 입사광(98)에 대해 30%의 투과 강도를 가지며, 이에 의해 포토레지스트(102)에 제1레벨(106)이 형성된. 제3강도로 기판(92)을 통과하는 입사광(98)은 레지스터(102)에 구멍(108)을 형성한다.

이와 다르게, 제13도는 입사광(98)을 투과시켜서 복수의 두께(102)를 갖는 프로파일 패턴을 생성하는 레티클(90)로서 설명될 수 있다. 레티클(90)은 불완전투과성막(94)을 구비하고, 그 불완전투과성막(94)은 소정 퍼센트의 입사광을 감쇠시켜서 제1두께를 갖는 포토레지스트 영역(106)을 형성한다. 또한, 레티클(90)은 불투명막(96)도 구비하며, 그 불투명막(96)은 실질적으로 모든 입사광(98)을 차단하여 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 갖는 포토레지스트 영역(104)이 형성된다. 레티클(90)은 투명기판(92)을 구비하고, 그 투명기판(92)은 실질적으로 모든 입사광을 통과시키며, 이에 의해 제1두께미만의 제3두께를 갖는 포토레지스트 영역(108)이 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 포토레지스트막(102)에 구멍이 형성되도록 제3두께는 실제로 제로이다.

또 다른 설명으로서, 레티클(90)은 입사광(98)을 투과시켜서 감광성 포토레지스트막(102)상에 복수의 두께를 갖는 프로파일 패턴이 형성된다. 레티클(90)은 실질적으로 모든 입사광(98)을 통과시키는 투명기판(92)을 가지며, 이에 의해 포토레지스트막(102)에 구멍(108)이 형성된다. 또한 레티클(90)은 실질적으로 모든 입사광(98)을 차단하는 불투명막(96)도 가지며, 이에 의해 제2두께를 갖는 포토레지스트 영역이 형성된다. 레티클(90)은 소정 퍼센트의 입사광(98)을 감쇠시키는 불완전투과성막(94)을 구비하여, 제1두께를 갖는 포토레지스트 영역(106)이 형성된다. 제1두께는 제2두께의 약 1/3이다.

제14도는 본 발명의 3레벨 레티클의 형성방법의 단계들을 나타낸다. 레티클은 입사광을 투과시킨다. 투과광은 감광성표면의 영역들을 조명하고, 각 영역은 소정 레벨의 투과광으로 조명되는 것이 본 발명의 하나의 특징이다. 단계(122)에서는, 레티클 기판이 제공된다. 단계(122)에서는 레티클기판상에 입사광의 일부를 투과시키기 위해 적어도 하나의 막이 부착된다. 불완전투과성막은 그 막을 거치는 투과에서 광강도를 소정 퍼센트 저하시키고, 기판은 그 기판으로 입사하는 실질적으로 모든 광을 통과시킨다. 단계(124)에서는 레티클기판상에 불투명막이 부착된다. 불투명막은 실질적으로 모든 입사광이 감쇠되도록 광을 차단한다. 단계(126)에서는 단계(124)에서 부착된 불투명막 및 단계(122)에서 부착된 불완전투과성막의 선택적인 부분이 에칭되어, 레티클 기판 및 불완전투과성막의 소정 영역이 노출된다. 단계(128)에서는 제조물, 즉 레티클 기판, 불완전투과성막 및 잔존하는 불투명막의 소정영역을 통해 광을 투과시켜서 적어도 3개의 강도의 광을 생성하는 레티클이 얻어진다. 3개의 강도를 갖는 투과광이 감광성표면에 적어도 2개의 두께를 갖는 패턴화된 프로파일을 생성하고, 통상적으로는 표면을 관통하는 구멍이 형성되어지는 것이 본 발명의 또 하나의 특징이다. 단계(122)에서는 각 불완전투과성막의 광투과특성이 누적되어 불완전투과성막을 통과하는 입사광이 점차적으로 감쇠되도록 복수의 불완전투과성막을 부착하여 연속적인 층들로 형성하는 것이 본 발명의 또 하나의 특징이다. 이 단계에서, 복수의 불완전투과성막이 다른 에칭 선택성을 갖게 됨으로써, 인접한 불완전투과성막의 에칭시에 별도의 에칭프로세스를 필요로 한다. 또한, 단계(126)에서는 소정의 불완전투과성막의 선택적인 부분을 에칭함에 의해 하방에 위치한 불완전투과성막을 노출시킴으로써, 복수의 불완전투과성막의 조합이 복수의 투과성광강도를 제공하는 것도 본 발명의 또 하나의 특징이다.

본 발명의 또 하나의 특징은, 불투명막의 광투과특성을 실질적으로 복제하는 복수의 불완전투과성막의 누적되는 감쇠를 행하여 복수의 불완전투과성막을 부착하는 단계(122)를 포함하는 것이다. 그 결과, 복수의 불완전투과성막의 부착에 의해 실질적으로 광의 투과가 차단되므로, 단계(124)는 단계(122)를 포함하게 된다. 본 발명의 바람직한 형태에서는, 레티클 기판에 인접하게 레티클기판상에 위치하는 층에 불완전투과성막을 부착하는 단계(122)를 포함하며, 불완전투과성막에 인접하게, 불완전투과성막 상에 위치하는 층에 불투명막을 부착하는 단계(124)를 포함하고, 광이 불투명막으로 투과되지 않고 불완전투과성막으로 도입되도록 불투명막의 선택된 부분을 에칭하는 단계(126)를 포함하며, 또한 단계(126)에서는 불투명막 또는 불완전투과성막중 어느 막에도 광을 투과시키지 않고 레티클 기판의 선택된 부분으로 광이 도입되도록, 불완전투과성막 및 불투명막의 선택된 부분을 에칭함으로써 적어도 3개의 강도를 갖는 광이 감광성표면을 조명한다.

본 발명의 바람직한 형태에서, 단계(126)는 제1패턴을 갖는 포토레지스트의 제1층을 형성하는 공정을 포함하며, 제1층은 불투명막의 상부에 위치하고, 제1층을 관통하는 구멍을 갖는다. 또한 단계(126)는 먼저 형성된 포토레지스트의 패턴중의 구멍을 통해 노출된 불투명막의 소정 영역을 에칭하여, 불투명막의 하부에 위치하는 불완전투과성막의 제1영역을 노출시키며, 불완전투과성막의 제1영역을 에칭하여 불완전투과성막의 하부에 위치하는 레티클 기판의 소정영역을 노출시키는 공정을 포함한다. 또한, 단계(126)는 포토레지스트의 제2층을 형성하는 공정을 포함하며, 제2층은 불투명막의 상부에 위치하고, 제2층을 관통하는 구멍을 갖는 제2패턴을 포함한다. 최종으로 단계(126)에서는 상방에 형성된 포토레지스트의 제2패턴의 구멍을 통해 노출되는 불투명막의 소정영역을 에칭함에 의해, 불투명막의 하방에 위치한 불완전투과성막의 제2영역을 노출시켜서, 레티클 기판의 소정영역으로 도입된 광이 제1강도로 투과되며, 불완전투과성막의 제2영역으로 도입된 광이 불완전투과성막 및 그의 하방에 위치한 기판으로 제2강도로 투과되며, 잔존하는 불투명막으로 도입된 광이 불완전투과성막 하방에 위치한 불투명막 및 기판으로 제3강도로 투과하여 감광성 표면을 조명하게 된다.

제15도는 본 발명의 멀티레벨 포토레지스트 패턴 형성방법의 단계들을 나타낸다. 단계(140)에서는 레티클기판이 제공된다. 단계(142)에서는 레티클기판상에 1개 또는 그 이상의 막이 부착되어 입사광의 일부를 투과시킨다. 각각의 불완전투과성막은 불완전투과성막을 통한 투과에서 강 광도를 소정 퍼센트 저하시키며, 레티클 기판은 실질적으로 모든 입사광을 투과시킨다. 단계(144)에서는, 단계(142)에서 부착된 불완전투과성막 상에 불투명막을 부착시키며 그 불투명막이 광을 차단하여 실질적으로 모든 입사광이 감쇠된다. 단계(146)에서는 포토레지스트막을 관통하는 제1구멍을 포함하는 패턴을 가지는 포토레지스트막의 제1층이 형성되어, 불투명막의 소정영역이 노출된다. 단계(148)에서는 단계(146)에서 노출된 불투명막의 소정영역이 에칭되어, 불완전투과성막의 소정영역이 노출된다.

단계(150)에서는, 단계(148)에서 노출된 불완전투과성막의 소정영역이 에칭되어, 레티클 기판의 소정영역이 노출된다. 단계(152)에서는, 포토레지스트막을 관통하는 제2의 구멍을 가진 포토레지스트막의 제2층이 불투명막상에 형성되어, 불투명막의 소정영역이 노출된다. 단계(154)에서는, 단계(152)에서 노출된 불투명막의 소정영역이 에칭되어, 불완전투과성막의 소정영역이 노출된다. 단계(156)에서는, 소정두께의 감광성 포토레지스트기판을, 레티클을 투과하는 광에 소정시간 노광한다. 이때, 간계(150)에서 노출된 레티클기판의 소정영역을 투과하는 광은 제1포토레지스트 영역을 제1도즈로 노광하고, 단계(154)에서 노출된 불완전투과성막의 소정영역을 투과하는 광은 제2포토레지스트 영역을 제2도즈로 노광하며, 잔존하는 불투명막을 투과한 광은 제3포토레지스트 영역을 제3도즈로 노광한다. 제8도에서 설명한 바와 같이, 광 도즈는 표면상에서의 투과광의 강도와 표면이 노광된 시간과의 함수이다.

단계(158)에서는, 단계(156)에서 노광된 포토레지스트 기판을 현상하여 제1포토레지스트 영역에 구멍을 갖는 포토레지스트 프로파일을 형성하며, 포토레지스트 프로파일은 제3포토레지스트 영역에서 포토레지스트의 소정두께를 실질적으로 가지며, 제2포토레지스트 영역에서 소정두께와 제로사이의 중간두께를 갖는다. 이에 의해, 레티클 기판 및 불완전투과성막의 소정영역을 노출시켜 형성되는 레티클에 도입된 광은 적어도 3개의 강도를 갖는 광을 생성한다. 단계(160)에서는 제조물, 즉 멀티레벨 레티클의 프로파일을 거의 복제하며, 적어도 2개의 두께 및 구멍을 갖는 프로파일로 변형돼 포토레지스트 기판이 얻어진다.

제16도는 단일의 노광으로 복수의 두께를 갖는 포토레지스트막을 패터닝하는 본 발명의 방법의 단계들을 나타낸다. 단계(170)에서는, 광원으로의 단일의 노광에서 감광성 포토레지스트막이 제공된다. 단계(172)에서는 제1강도의 광에 포토레지스트의 영역을 노광하여, 포토레지스트막에 구멍이 형성된다. 광의 제1강도는 광원에서의 투과시에 실질적으로 감쇠되지 않는다. 단계(174)에서는 제2강도의 광에 포토레지스트의 영역을 노광하여, 제1두께를 갖는 포토레지스트영역이 형성된다. 광의 제2강도는 광원에서의 투과시에 일부가 감쇠된다. 단계(176)에서는 제3강도의 광에 포토레지스트의 영역을 노광하여, 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 갖는 포토레지스트 영역이 형성된다. 광의 제3강도는 광원에서의 투과시에 실질적으로 차단된다. 단계(178)에서는 제조물, 즉 복수의 두께를 갖는 포토레지스트막이 얻어진다.

제17도는 단일의 레티클에서 2개의 노강패턴을 갖는 포토레지스트 프로파일을 형성하는 본 발명의 방법을 나타내고 있다. 단계(180)에서는 포토레지스트 프로파일을 위한 기판이 제공된다. 단계(182)에서는 기판상에 소정 두께의 포토레지스트의 층이 제공된다. 단계(184)에서는 제1투과강도를 갖는 레티클을 통해 포토레지스트에 광이 도입되어, 제1의 노광패턴이 형성되며, 제2투과강도를 갖는 레티클이 제2노광패턴을 형성한다. 단계(186)에서는 포토레지스트가 현상되어, 제1노광패턴의 영역에서 포토레지스트의 소정두께 미만의 제1두께를 제거하며, 제2의 노광패턴의 영역에서 포토레지스트의 제2두께를 제거한다. 단계(188)에서는 제조물, 즉 복수의 다른 두께를 갖는 포토레지스트의 영역을 포함한 프로파일이 얻어진다.

이하에서는 본 발명의 하나의 특징에 대해 설명한다. 단계(184)에서는 제3투과강도를 갖는 레티클을 통해 포토레지스트에 광을 도입하여, 포토레지스트에 제3의 노광패턴이 형성되며, 단계(186)에서는 제3의 노광패턴의 영역에서 포토레지스트의 제3두께를 제거하여, 프로파일이 적어도 3개의 다른 두께를 갖는 포토레지스트의 영역을 포함한다.

바람직한 실시형태에서, 단계(184)에서는 제1투과강도에서 포토레지스트를 노광하여 제1의 노광패턴을 형성하고, 제1투과강도보다 강한 제2투과강도에서 포토레지스트를 노광하여 제2노광패턴을 형성한다. 바람직한 실시형태에서, 제2노광패턴은 적어도 일부가 제1노광패턴에 중첩된다. 많은 대표적인 적용례에서, 포토레지스트는 그의 상부에 위치한 접속라인을 갖는 비어를 형성하도록 이용된다. 비어는 레지스터에 형성된 구멍, 또는 제2노광패턴에 의해 형성된다. 라인은 레지스터중의 중간 레벨, 또는 제1노광 패턴의 레벨에서 형성된다. 비어와 라인을 전기적으로 접속하기 위해, 노광패턴은 중첩되지 않으면 안된다.

제17도의 설명을 보충하면, 제2노광패턴에 이용되는 광은 제1노광패턴에 이용되는 광보다 단위 영역당 광자 도즈가 크다. 또한 단계(186)에서는 포토레지스트를 현상하여 제2노광패턴의 영역에서 포토레지스트의 소정두께의 전체를 실질적으로 제거하고, 제1노광패턴의 영역에서 소정두께 미만의 제1두께만을 제거한다. 제8도에서 설명된 바와 같이, 포토레지스트는 도즈의 계산에 의해 제거된다. 도즈는 부여된 영역에서 광의 강도 및 시간에 의존하는 측정치이다. 동일한 계산이 단위 영역당 광자를 이용하여 행해질 수 있다.

레티클 및 레지스터 프로파일의 설명은 3레벨 레티클에서 2레벨 레지스터 프로파일을 형성하는 것에 주로 집중하여 설명되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 상세하게 전술한 방법은 3개 이상의 레벨을 가지며, 따라서 2개 이상의 레벨의 레지스트프로파일을 형성하기 위한 레티클에 적용 가능하다.

제18(a)도-제18(d)도는 본 발명의 다른 실시형태로서, 멀티레벨 포토레지스트 프로파일에서 멀티레벨 레티클을 형성하는 방법을 나타낸다. 제18(a)도에서, 포토레지스트막(190)이 불투명층, 또는 크롬층(192), 불완전투과성막, 또는 하프톤(HT)막(194), 수정기판(196)을 포함하는 멀티레벨 레티클(191)상에 형성된다. 제18(b)도에서, 레지스터는 전자빔(e-beam)을 이용하여 2개의 레벨들에 대해 제거된다. 전자빔은 레지스터를 중간층(198)까지 제거하며, 또한 레지스트를 완전히 제거하여, 불투명막(192)의 영역(200)을 노출시킨다. 제18(c)도에서, 영역(200)하의 불투명막(192) 및 불완전투과성막(194)이 제거되도록 레티클(191)이 에칭되어, 기판(196)의 영역(202)이 노출된다. 제18(d)도에서, 불투명막(192)의 영역(204)이 노출되도록 레지스터(190)의 일부가 제거된다. 제18(e)도에서, 불투명막(192)의 영역(204)이 에칭되어 불완전투과성막(194)의 영역(206)이 노출된다. 제18(e)도에서 잔존하는 레지스터(190)가 제거된다. 제18(e)도의 레티클(191)은 제5도의 레티클(50)과 동일하다. 그러나 레티클(191)은 단 1회의 레지스터 현상 프로세스에서 형성된다. 또한 얼라인먼트 특성은 제5도의 레티클에서 가능한 얼라인먼트 특성보다 우수하다. 레티클은 제4도에 나타낸 바와 같이 제2레지스터패턴과 얼라인먼트될 필요가 있으므로, 영역(206)과 영역(200) 사이에서 0.005미크론의 얼라인먼트 정도가 달성된다. 영역(206)은 통상적으로, 유전체의 중간 인터레벨중의 라인(트렌치) 상호접속에 대응하며, 영역(200)은 비어에 대응한다. 상기 프로세스에서는 3레벨 레티클의 형성에 대해 기재되어 있지만, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 동일의 프로세스가 레티클(191)상에 3개 또는 그 이상의 레벨을 갖는 레지스터를 형성하여 4개 또는 그 이상의 레벨을 갖는 레티클(191)을 형성하는데에도 적용될 수 있다. 본 발명의 범위내의 개조 및 변경은 당업자에 의해 행해질 것이다.

본 발명은 집적회로 프로세스 및 집적회로 제조에 관한 것으로, 더 구체적으로는 멀티레벨(multi-level)레티클 및 멀티레벨 포토레지스트 패턴 제조방법에 관한 것이다.

Claims (31)

1. 감광성 포토레지스트 표면상에 소정의 조명영역을 규정하도록 입사광이 통과하는 레티클로서, 제1강도의 투과광을 생성하는 제1투과레벨막; 상기 제1강도보다 큰 제2강도의 투과광을 생성하는 제2투과레벨막; 및 상기 제2강도보다 큰 제3강도의 투과광을 생성하는 제3투과레벨막을 포함하는 레티클.
2. 제1항에 있어, 상기 제3투과레벨막이 기판이며, 상기 제2투과레벨막은 제3투과 레벨 기판상에 위치하고, 상기 제1투과레벨막은 제2투과레벨막 상에 위치하는 레티클.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1투과레벨막이 Cr, CrO 및 산화철로 된 그룹에서 선택된 불투명막이어서, 상기 제1투과레벨막이 입사광을 차단하는 레티클.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3투과레벨막이 수정, 합성수정 및 유리로 된 그룹에서 선택됨으로써, 상기 제3투과레벨막이 모든 입사광을 통과시키도록 투명하게 된 레티클.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2투과레벨막의 소정 영역을 노출시키도록 상기 제1투과레벨막이, 그 제1투과레벨막을 관통하는 제1투과레벨구멍을 가지며, 상기 제3투과레벨막의 소정영역을 노출시키도록 상기 제2투과레벨영역이 상기 제2투과레벨막을 관통하는 제2투과레벨구멍을 가지는 레티클.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2투과레벨막이 광의 위상을 소정 정도로 지연시켜서, 포토레지스트의 인접한 조명 영역들 사이에서 광간섭효과를 저하시키도록 레티클 투과레벨막들 사이의 위상차가 투과광강도의 분해능을 개선시키는 레티클.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2투과레벨막이 투과광의 상기 위상을 90°지연시키는 레티클.
8. 제1항에 있어서, 복수의 제2의 투과레벨막이 제공되며, 상기 복수의 투과레벨막의 각각은 상기 제1강도보다 크고 상기 제3강도보다 작은 복수의 제2강도들 중 하나의 강도로 투과광을 생성하여, 제2강도의 범위의 광이 제공되는 레티클.
9. 제1항에 있어서, 상기 제1투과레벨막은 복수의 제2투과레벨막으로 구성되며, 상기 복수의 제2투과레벨막의 각각은 불완전투과성막층이며, 상기 제1투과레벨막의 광투과특성이 발생되도록 상기 복수의 제2투과레벨막을 투과하는 광의 강도특성이 누적되는 레티클.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1투과레벨막은 상기 복수의 불완전투과성막층의 전부인 제1갯수를 포함하고, 상기 제2투과레벨막은 상기 불완전투과성막층들 중 상기 제1갯수보다 작은 제2갯수를 포함하는 레티클.
11. 제1항에 있어서, 상기 제2투과레벨막은 산화주석인듐 및 몰리브덴실리콘옥시니트라이드로 된 그룹에서 선택되어, 상기 제2투과레벨막이 상기 투과광강도를 감쇠시키는 레티클.
12. 제1항에 있어서, 상기 제2투과레벨막이 입사광의 약 10%이상 약 90% 미만을 투과시켜, 상기 제2투과레벨막의 감쇠특성은, 상기 제1투과레벨막 감쇠특성과 상기 제3투과레벨막 감쇠특성 사이의 중간으로 되어, 광이 감광성표면으로 도입되면, 상기 레티클이 포토레지스트의 상기 조명영역상에 3개 또는 그 이상의 구별되는 강도를 형성하는 레티클.
13. 입사광을 투과시키는 레티클을 레티클기판상에 형성하도록 포토리소그라피를 이용하는 방법으로서 : a) 상기 레티클기판상에, 입사광을 부분적으로 투과시키는 적어도 하나의 막을 부착하는 단계로, 상기 불완전투과성막이 그 막을 통해 투과되는 광강도를 감소시키며, 상기 레티클 기판은 그 기판으로 입사하는 모든 광을 통과시키는 단계; b)상기 레티클기판상에 불투명막을 부착시키는 단계로, 상기 불투명막이 광을 차단하여 모든 입사광이 감쇠되는 단계; 및 c)상기 단계 b)에서 부착된 상기 불투명막 및 상기 단계 a)에서 부착된 상기 불완전투과성막의 선택적인 부분을 에칭하여, 상기 레티클기판 및 상기 불완전투과성막의 영역을 노출시킴으로써, 상기 레티클로 도입되는 광이 상기 레티클기판, 불완전투과성막 및 잔존하는 상기 불투명막의 상기 영역을 통하여 투과되어 3개 또는 그 이상의 광강도를 생성하는 단계로 구성되는 포토리소그라피의 이용방법.
14. 입사광을 투과시키는 레티클을 레티클기판상에 형성하여, 투과광이 감광성표면의 영역을 조명하고, 상기 각 영역은 일정레벨의 투과광으로 조명되도록 포토리소그라피를 이용하는 방법으로서, a)상기 레티클기판상에 입사광을 부분적으로 투과시키는 적어도 하나의 불완전투과성막을 부착하는 단계로, 상기 불완전투과성막이 그 막을 통해 투과되는 광강도를 감소시키며, 상기 레티클 기판은 그 기판으로 입사하는 모든 광을 통과시키는 단계; b)상기 레티클기판상에 불투명막을 부착시키는 단계로, 상기 불투명막이 광을 차단하여 모든 입사광이 감쇠되는 단계; 및 c)상기 단계 b)에서 부착된 상기 불투명막 및 상기 단계 a)에서 부착된 상기 불완전투과성막의 선택적인 부분을 에칭하여, 상기 레티클기판 및 상기 불완전투과성막의 영역을 노출시킴으로써, 상기 레티클로 도입되는 광이 상기 레티클기판, 불완전투과성막 및 잔존하는 상기 불투명막의 상기 영역을 통해 투과되어 감광성표면에 2개 또는 그 이상의 두께를 갖는 패턴화된 프로파일을 생성하는 단계로 구성되는 포토리소그라피의 이용방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 단계 a)에서는 복수의 불완전투과성막을 연속적인 층들로 부착시켜서, 상기 불완전투과성막 각각의 광투과특성이 누적되어 상기 불완전투과성막을 통과하는 입사광을 점차적으로 감쇠시키며, 상기 복수의 불완전투과성막이 다른 에칭선택성을 가지므로, 인접한 불완전투과성막의 에칭시에 별개의 에칭프로세스를 필요로 하며, 상기 단계 c)에서는 상기 불완전투과성막의 선택적인 부분을 에칭하여 하부에 위치하는 불완전투과성막층을 노출시킴으로써, 복수의 상기 불완전투과성막의 조합이 복수의 투과광강도를 제공하는 포토리소그라피의 이용방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 불투명막이 Cr, CrO 및 산화철로 된 그룹에서 선택되는 포토리소그라피의 이용방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 불완전투과성막은 산화주석인듐 및 몰리브덴실리콘 옥시니트라이드로 된 그룹에서 선택되는 포토리소그라피의 이용방법.
18. 제14항에 있어, 상기 레티클기판이 수정, 합성수정 및 유리로 된 그룹에서 선택되는 포토리소그라피의 이용방법.
19. 제14항에 있어서, 상기 불완전투과성막은 입사광의 약 10%이상 약 90%미만을 투과시켜, 상기 불완전투과성막의 감쇠특성이 상기 레티클기판 감쇠특성과 상기 불투명막 감쇠특성 사이의 중간으로 되는 포토리소그라피의 이용방법.
20. 제14항에 있어서, 상기 단계 a)에서는 상기 복수의 불완전투과성막의 누적감쇠가 상기 불투명막의 광투과특성을 복제하여, 복수의 불완전투과성막을 부착하며, 상기 복수의 불완전투과성막이 광의 투과를 차단함으로써, 상기 단계 b)는 상기 단계 a)를 포함하게 되는 포토리소그라피의 이용방법.
21. 제14항에 있어서, 상기 불완전투과성막은 입사광의 위상을 지연시킴으로써, 상기 불완전투과성막을 통한 투과시에 도입되는 위상차가 투과광강도에서의 분해도를 개선하여 감광성 표면의 조명에서 광간섭효과를 감소시키는 포토리소그라피의 이용방법.
22. 제14항에 있어서, 상기 단계 a)에서는 상기 레티클기판에 인접하게, 그 레티클기판상에 위치하는 층에 상기 불완전투과성막을 부착하며, 상기 단계 b)에서는 상기 불완전투과성막에 인접하게, 그 불완전투과성막 상에 위치하는 층에 상기 불투명막을 부착하며, 상기 단계 c)에서는 상기 불투명막을 통해 광을 투과시키지 않고, 상기 불완전투과성막에 광이 도입되도록 상기 불투명막의 선택된 부분을 에칭하며, 상기 단계 c)에서는 불투명막 및 상기 불완전투과성막 중 어느 막도 투과하지 않는 상기 레티클기판의 선택된 부분으로 광이 도입되도록 상기 불완전투과성막 및 상기 불투명막의 선택된 부분을 에칭하여, 3개 또는 그 이상의 강도를 갖는 광이 감광성 표면을 조명하게 되는 포토리소그라피의 이용방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 단계 c)는 : a)상기 불투명막 상에 제1층을 관통하는 구멍을 갖는 제1패턴을 구비하는 포토레지스트의 제1층을 형성하는 단계; b)상기 단계 a)에서 형성된 상기 포토레지스트의 패턴에 제공된 상기 구멍을 통해 노출되는 상기 불투명막의 영역을 에칭하여, 상기 불투명막의 하부에 위치한 상기 불완전투과성막의 제1영역을 노출시키고, 상기 불완전투과성막의 제1영역을 에칭하여 상기 불완전투과성막의 하부에 위치한 상기 레티클기판의 영역을 노출시키는 단계; c)상기 불투명막에 제2층을 관통하는 구멍을 갖는 제2의 패턴을 포함한 포토레지스트의 제2층을 형성하는 단계; d)상기 단계 c)에서 형성된 상기 포토레지스트의 상기 제2패턴의 구멍을 통해 노출된 상기 불투명막의 영역을 에칭하여, 상기 불투명막 하부에 위치한 상기 불완전투과성막의 제2영역을 노출시켜, 상기 레티클기판의 상기 영역으로 도입된 광이 제1강도로 투과되고, 상기 불완전투과성막의 상기 제2영역으로 도입된 광이 상기 불완전투과성막 및 그의 하부에 위치한 기판을 제2강도로 투과하며, 상기 잔존하는 불투명막으로 도입되는 광이 상기 불투명막, 그의 하부에 위치한 상기 불완전투과성막 및 상기 기판을 제3의 강도로 투과하여, 감광성표면을 조명하는 포토리소그라피의 이용방법.
24. 제14항에 있어서, 상기 레티클로 도입된 입사광이 소정 파장 및 강도를 갖는 포토리소그라피의 이용방법.
25. 레티클기판상에 형성된 레티클을 투과하는 광의 소정패턴의 노광으로 형성된 프로파일을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법으로서, a)상기 레티클기판상에, 불완전하게 입사광을 투과시키는 적어도 하나의 막을 부착시키는 단계로 각각의 불완전투과성막은 그 막을 통한 투과시에 광강도를 감소시키고, 상기 레티클기판은 모든 입사광을 통과시키는 단계; b)상기 단계 a)에서 부착된 상기 불완전투과성막상에 불투명막을 부착하는 단계로 상기 불투명막이 광을 차단하여, 모든 입사광을 감쇠시키는 단계; c)상기 단계 b)에서 부착된 상기 불투명막 상기 포토레지스트막을 관통하는 제1구멍을 갖는 패턴을 구비한 포토레지스트막의 제1층을 형성하여 상기 불투명막의 영역을 노출시키는 단계; d)상기 단계 c)에서 노출된 상기 불투명막의 영역을 에칭하여, 불완전투과성 막의 영역을 노출시키는 단계; e)상기 단계 d)에서 노출된 상기 불완전투과성막의 영역을 에칭하여 상기 레티클기판의 영역을 노출시키는 단계; f)상기 불투명막상에, 상기 포토레지스트막을 관통하는 제2구멍을 갖는 포토레지스트막의 제2층을 형성하여, 상기 불투명막의 소정영역을 노출시키는 단계; g) 상기 단계 f)에서 노출된 상기 불투명막의 영역을 에칭하여, 상기 불완전투과성막의 영역을 노출시키는 단계; h)소정 두께를 갖는 감광성 포토레지스트판을 상기 레티클을 통해 투과된 광에 소정시간 노광하는 단계로서, 상기 단계 e)에서 노출된 상기 레티클기판의 소정영역을 통해 투과된 광은 제1포토레지스트영역을 제1도즈로 노광하고 상기 단계 g)에서 노출된 상기 불완전투과성막의 영역을 통해 투과된 광은 제2포토레지스트영역을 제2도즈로 노광하며, 상기 잔존하는 불투명막을 통해 투과된 광은 제3포토레지스트을 제3도즈로 노광하는 단계; 및 i)상기 단계 h)에서 노광된 상기 포토레지스트기판을 현상하여 상기 제1포토레지스트영역에 구멍을 갖는 포토레지스트 프로파일을 형성하는 단계로서, 상기 포토레지스트 프로파일은 상기 제3포토레지스트 영역에서 포토레지스트의 일정 두께를 가지며, 상급 프로파일이 제2포토레지스트영역에서 상기 두께와 제로 사이의 중간 두께를 갖게 됨으로써, 상기 레티클기판 및 상기 불완전투과성막의 영역을 노출시켜 형성되는, 상기 레티클로 도입된 광이 적어도 3개의 강도의 광을 생성하여 상기 포토레지스트판을, 멀티레벨 레티클의 상기 프로파일을 복제하는 2개 또는 그 이상의 두께 및 구멍의 프로파일로 변형시키는 단계를 포함하는 포토레지스트패턴 형성방법.
26. 광원으로의 단일의 노광으로 감광성 포토레지스트막을 패터닝하는 방법으로서 : a)상기 포토레지스트의 영역을 제1강도의 광으로 노광하여 상기 포토레지스트막을 관통하는 구멍을 형성하는 단계로서, 상기 제1강도의 광이 상기 광원에서의 투과시에 감쇠되지 않는 단계; b)상기 포토레지스트의 영역을 제2강도의 광에 노광하여 제1두께를 갖는 포토레지스트영역을 형성하는 단계로서, 상기 제2강도의 광이 상기 광원에서의 투과시에 일부가 감쇠되는 단계; 및 c)상기 포토레지스트의 영역을 제3강도의 광으로 노광하여 상기 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 갖는 포토레지스트영역을 형성하는 단계로 상기 제3강도의 광이 상기 광원에서의 투과시에 차단되는 단계를 포함하는 패터닝방법.
27. 기판상에 포토레지스트 프로파일을 형성하는 방법으로서, a)상기 기판상에 소정 두께를 갖는 포토레지스트층을 제공하는 단계; b)제1의 투과강도를 갖는 레티클을 통해 상기 포토레지스트에 광을 도입하여, 제1의 노광패턴을 형성하고, 제2투과강도를 갖는 상기 레티클이 제2노광패턴을 형성하는 단계; 및 c)상기 포토레지스트를 현상하여 상기 제1노광패턴의 영역에서, 상기 포토레지스트의 상기 소정 두께 미만의 제1두께를 제거하고, 상기 제2노광패턴의 영역에서, 상기 포토레지스트의 제2두께를 제거하여, 상기 프로파일이 복수의 다른 두께를 갖는 포토레지스트의 영역을 갖는 단계를 포함하는 포토레지스트 프로파일의 형성방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 단계 b)에서는 제3투과강도를 갖는 레티클을 통해 상기 포토레지스트에 광을 도입하여 그 포토레지스트에 제3노광패턴을 형성하며, 상기 단계 c)에서는 상기 제3노광패턴의 영역에서 상기 포토레지스트의 제3두께를 제거하여, 상기 프로파일이 3개 또는 그 이상의 다른 두께를 갖는 포토레지스트의 영역을 구비하는 단계를 포함하는 포토레지스트 프로파일의 형성방법.
29. 제27항에 있어, 상기 단계 b)에서는 상기 제1투과강도의 광에 상기 포토레지스트를 노광하여 상기 제1노광패턴을 형성하고, 상기 제1투과강도보다 큰 상기 제2투과강도의 광에 상기 포토레지스트를 노광하여 상기 제2노광패턴을 형성하는 포토레지스트 프로파일의 형성방법.
30. 제27항에 있어서, 상기 제2의 노광패턴은 일부가 상기 제1노광패턴과 중첩되는 포토레지스트 프로파일의 형성방법.
31. 제27항에 있어서, 상기 제2의 노광패턴에 이용되는 광은 상기 제1노광패턴에 이용되는 광보다도 단위 영역당 광자 도즈가 크고, 상기 단계 c)에서는 상기 포토레지스트를 현상하여, 상기 제2노광패턴의 영역에서 상기 포토레지스트의 상기 두께 전체를 제거하고, 상기 제1노광패턴의 영역에서 상기 두께보다 얇은 상기 제1두께만을 제거하는 포토레지스트 프로파일의 형성방법.

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