KR100825175B1 - 위상 시프트 마스크 및 위상 시프트 마스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광광의 위상을 실질적으로 변화시키지 않고서 투과시키는 제1 영역과, 노광광의 위상을 실질적으로 반전시켜 투과시키는 제2 영역을 갖는 투명 기판과,

상기 투명 기판 위의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 사이에 설치되고 상기 노광광을 차광하는 차광막으로서, 제1 두께의 부분과, 상기 제1 두께와는 상이한 제2 두께의 부분을 갖는 차광막을 구비한 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크를 제공한다.

Description

위상 시프트 마스크 및 위상 시프트 마스크의 제조 방법 {PHASE SHIFT MASK AND METHOD OF MANUFACTURING PHASE SHIFT MASK}

도 1은 실시예 1에 있어서 위상 시프트 마스크의 단면 구성을 설명하기 위한 도면.

도 2는 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭과 차광막의 막 두께와의 관계를 나타낸 도면.

도 3은 도 1에 있어서 위상 시프트 마스크(100)의 제조 방법의 주요부를 나타내는 플로우차트.

도 4는 도 3의 플로우차트에 대응하여 실시되는 공정을 나타내는 공정 단면도.

도 5는 반응성 이온 에칭법에 의해 에칭을 행하는 장치의 개념도.

도 6은 도 3의 플로우차트에 대응하여 실시되는 공정을 나타내는 공정 단면도.

도 7은 투영 노광 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도.

도 8은 본 실시예에 있어서 위상 시프트 마스크와 그 광진폭 및 광강도 분포에 관해서 나타낸 도면.

도 9는 본 실시예에 있어서 위상 시프트 마스크를 이용하여 웨이퍼에 전사된 패턴을 설명하기 위한 개념도.

도 10은 본 실시예에 있어서 위상 시프트 마스크에 의한 차광 패턴의 가공 크기 의존성을 나타낸 도면.

도 11은 종래의 포토마스크와 그 광진폭 및 광강도 분포에 관해서 나타낸 도면.

도 12는 위상 시프트 마스크의 단면 형상을 나타내는 모식도.

도 13은 도 12의 위상 시프트 마스크를 이용하여 웨이퍼에 전사된 패턴을 설명하기 위한 개념도.

도 14는 건식 에칭과 습식 에칭과의 양 공정을 이용하여 우묵하게 패인 홈을 측면에도 형성하는 구조인 위상 시프트 마스크의 단면 구조를 나타낸 도면.

도 15는 도 14에 있어서 위상 시프트 마스크와 그 광진폭 및 광강도 분포에 관해서 나타낸 도면.

도 16은 도 14의 위상 시프트 마스크를 이용하여 웨이퍼에 전사된 패턴을 설명하기 위한 개념도.

도 17은 종래의 위상 시프트 마스크에 의한 차광 패턴의 가공 크기 의존성을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

22: 전원

23: 렌즈

25: 미러

24: 투영계 렌즈

100: 위상 시프트 마스크

200: 웨이퍼

301: 상부 전극

302: 하부 전극

303 : 상부 RF 전원

304: 하부 RF 전원

305: 가스 토출판

306: 챔버

307: 진공 펌프

308 : 상부 링

309 : 하부 링

본 발명은 위상 시프트 마스크 혹은 위상 시프트 마스크의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 광 리소그래피 장치에 이용되는 위상 시프트 마스크의 구조와, 그 제조 방법 및 노광 방법에 관한 것이다.

관련 출원들의 상호 참조

본 출원은 본원 명세서에 그 전체 내용이 참고로 통합되어 있는 2004년 3월 11일자 출원된 일본 특허 출원 번호 제2004-068302호에 기초하고 있다.

최근의 반도체 기술에 있어서는 반도체 집적 회로 패턴의 미세화가 진행하여, 회로 소자나 배선의 설계 룰이 100 nm 이하의 레벨로 되고 있다. 이 경우에 사용되는 포토리소그래피에 있어서는, 예컨대 F₂ 레이저광(파장: 157 nm) 등의 단파장광을 사용하여, 포토마스크 위의 집적 회로 패턴을 반도체 웨이퍼 위에 전사하고 있다.

도 11은 종래의 포토마스크와 그 광진폭 및 광강도 분포에 관해서 나타낸 도면이다. 도 11의 a는 포토마스크로서의 바이너리 마스크(binary mask)(101)의 단면 형상을 나타내고 있고, 투명 기판(1) 위에 차광막(2)으로 이루어지는 차광 패턴이 설치되어 있다. 도 11의 b는 광강도 진폭을 나타내고 있고, 도 11의 c는 광강도 분포를 나타내고 있다. 도 11의 b에 나타난 바와 같이, 이러한 형상의 포토마스크는 차광 영역에 있어서 광강도 진폭이 중합된다. 따라서, 도 11의 c에 나타난 바와 같이, 차광 영역에서의 광강도 분포는 증폭되어 버린다. 이것은 인접하는 패턴의 회절광에 의한 영향이며, 이 영향에 의해 광 콘트라스트가 나빠지고, 해상도가 나빠지는 원인이 된다. 그 때문에, 노광광의 파장 이하의 패턴 크기를 가공하는 것은 매우 곤란하게 된다.

여기서, 이 한계를 초과하는 하나의 수단으로서 위상 시프트 기술이 있다.

본 방법은 투과 영역의 소정 공간 부분을 다른 한쪽의 투과 영역의 공간 부분과는 상이한 광로 길이로 하여, 웨이퍼 상에서의 광의 위상을 양 패턴 사이에서 180° 시프트시키는 것에 의해서 웨이퍼 상에서의 광 콘트라스트를 향상시켜, 종래의 포토 노광 장치를 이용한 레지스트 해상도를 대폭 개선하는 방법이다.

도 12는 위상 시프트 마스크의 단면 형상을 나타내는 모식도이다. 투명 기판(1) 위에 차광막(2)으로 이루어지는 차광 패턴이 설치되어 있고, 차광 패턴에 인접한 투과 영역의 한쪽은 투명 기판(1)이 우묵하게 패이고, 오목부가 된 영역[위상 시프터(3)]으로 되어 있다. 이 위상 시프터(3) 영역을 투과한 노광광이 위상차 180°를 갖도록 이 우묵하게 패인 양(d)은 노광광의 파장(λ)과 투명 기판(1)의 굴절율(n)에 의존하여 다음의 수학식 1로 나타낸다.

우묵하게 패인 양(d) = λ/2(n-1)

위상 시프트 마스크(100)는 인접하는 노광광의 투과 영역에서, 서로 위상이 180° 반전하고 있기 때문에 차광 영역에서 광강도 분포는 상쇄하여, 광강도가 0이 된다. 따라서, 차광 영역에는 어두운 영역이 생겨, 투명 영역과 차광 영역과의 광 콘트라스트는 향상한다. 이와 같이, 위상 시프터(3)를 설치하는 것에 의해 거기에서 나오는 노광광의 위상이 180° 시프트하고, 차광 영역은 회절광에 의한 영향이 상쇄되고, 광 콘트라스트가 향상하여, 해상도가 향상된다. 이러한 위상 시프트 마스크를 사용하여 노광을 행하면, 레지스트 해상도를 향상시킬 수 있다고 되어 있다. 이상이 위상 시프트 기술에 의해 해상도를 향상시킬 수 있는 원리이다(예컨대, "IEEE Transaction On Electron Devices", Vol. ED-29, No.12, 1982년 12월, pp.1828-1836 참조).

또한, 본 구조의 위상 시프트 마스크에 관해서는 별도의 문헌에 개시되어 있다(예컨대, 특허 공개 평2-140743호 공보 참조).

그러나, 이하와 같은 문제가 발생한다.

도 13은 도 12의 위상 시프트 마스크를 이용하여 웨이퍼에 전사된 패턴을 설명하기 위한 개념도이다.

실제, 본 구조의 위상 시프트 마스크(100)를 이용하여, 기체(210) 위에 도포된 네가티브형 레지스트막(220)을 구비한 웨이퍼(200)에 노광한 경우, 도 13에 나타낸 바와 같이 위상 시프터(3)인 우묵하게 패인 홈을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트막(220)의 라인폭(L₁)과 그 밖의 투명 영역을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트막(220)의 라인폭(L₂)과의 치수차가 크게 상이하게 되어, 문제가 된다. 그래서, 최근에는 건식 에칭과 습식 에칭과의 양 공정을 이용하여 우묵하게 패인 홈을 측면에도 형성하는 구조가 일반적이다.

도 14는 건식 에칭과 습식 에칭과의 양 공정을 이용하여 우묵하게 패인 홈을 측면에도 형성하는 구조인 위상 시프트 마스크의 단면 구조를 나타낸 도면이다.

도 14에 나타내는 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 홈을 측면에도 형성하는 구조를 사용함으로써, 위상 시프터(3)를 투과한 180°의 위상을 갖는 노광광에 의존하는 가공 치수, 즉 도 13에 있어서 웨이퍼(200) 위의 레지스트막(220)의 라인폭(L₁)과, 그 밖의 투명 영역을 투과한 0°의 위상을 갖는 노광광에 의존하는 가공 치수, 즉 도 13에 있어서 웨이퍼(200) 위의 레지스트막(220)의 라인폭(L₂)과의 차이를 조정하는 것이 가능하게 되어 있다(특허 공개 평8-194303호 공보).

도 15는 도 14에 있어서 위상 시프트 마스크와 그 광진폭 및 광강도 분포에 관해서 나타낸 도면이다.

도 15의 a는 도 14에 있어서의 위상 시프트 마스크를 나타내고 있다. 도 15의 b는 광강도 진폭을 나타내고 있고, 도 15의 c는 광강도 분포를 나타내고 있다. 도 15의 b에 나타낸 바와 같이 위상 시프트 마스크(100)는 인접하는 투광 영역에서 서로 위상이 반전하고 있기 때문에, 차광 영역에서의 광강도 분포는 상쇄하여, 도 15의 c에 나타낸 바와 같이 광강도는 0이 된다.

도 16은 도 14의 위상 시프트 마스크를 이용하여 웨이퍼에 전사된 패턴을 설명하기 위한 개념도이다.

본 구조의 위상 시프트 마스크(100)를 이용하여, 기체(210) 위에 도포된 레지스트막(220)을 구비한 웨이퍼(200)에 노광한 경우, 도 16에 나타낸 바와 같이 위상 시프터(3)인 우묵하게 패인 홈을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트막(220)의 라인폭(L₁)과 그 밖의 투명 영역을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트막(220)의 라인폭(L₂)과의 치수차의 차이가 개선된다.

그 외, 반투광막(하프톤막)의 상부에 반투광막보다 폭을 작게 하여 차광막을 설치한 차광 영역이 설치된 하프톤형 위상 시프트 마스크나, 차광막 대신에 하프톤막을 구비하여, 하프톤막의 양측에서 각각 인접하는 투광 영역과 위상차 180°를 갖도록 도중에서 하프톤막의 막 두께를 변경시킨 하프톤형 위상 시프트 마스크의 기술 등이 문헌에 개시되어 있다(예컨대, 특허 공개 2001-22048호 공보, 특허 공개 2000-267255호 공보, 특허 공개 2003-121988호 공보 참조).

여기서, 위상 시프터(3)의 측면에도 우묵하게 패인 부분을 설치한 도 14에 있어서 전술한 위상 시프트 마스크에 있어서는, 차광 패턴이 미세화되었을 때에는 문제가 발생한다. 미세화에 수반하여, 차광 패턴의 크기가 작아지면 차광 패턴의 차광막이 지지되는 투명 기판과 차광막과의 접촉 면적이 작아지기 때문이다. 그 결과로서, 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리가 발생한다.

도 17은 종래 위상 시프트 마스크에 의한 차광 패턴의 가공 크기 의존성을 나타낸 도면이다. 도 17의 a는 예컨대, 노광광의 파장이 157 nm인 경우의 위상 시프트 마스크의 구조에 있어서의 차광막(2)으로 이루어지는 차광 패턴과 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 부분과의 위치 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 도 17의 b는 a의 차광 패턴 크기를 1로 한 경우에, 차광 패턴 크기가 그 3/4이 된 경우에 관해서 차광 패턴 크기와 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 부분과의 위치 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 도 17의 c는 a의 차광 패턴 크기를 1로 한 경우에 차광 패턴 크기가 그 1/2이 된 경우에 관해서 차광 패턴 크기와 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 부분과의 위치 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 도 17에 나타난 바와 같이, 차광 패턴의 크기가 서서히 작아지면, 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 부분의 개구폭이 차광 패턴의 크기의 축소에 대응하여 작아지지 않기 때문에 그 지주로 되어 있는 투명 기판(1)과의 접촉 면적이 작아지고, 그 결과로서 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리가 발생한다. 예컨대, 적용하는 노광광의 파장을 157 nm으로 하고, 개 구수(NA)를 0.85라고 하면, 위상 시프터(3)인 우묵하게 패인 홈을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 웨이퍼면에 전사되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₁)과 그 밖의 투명 영역을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 웨이퍼면에 전사되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₂)의 치수차를 보정하는 데 필요한 언더컷량은 마스크 위 150 nm이며(SPIE2003, 5040-110 참조), 축소율을 1/5이라고 하면, 웨이퍼 위에서는 30 nm가 된다. 만일 65 nm 레벨의 차광 패턴의 경우에 있어서는 투명 기판(1)이 지지하는 면적율은 거의 반이 되고, 또한, 45 nm 레벨의 차광 패턴에 있어서는 투명 기판(1)이 지지하는 면적율은 1/3이 되어, 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리가 발생한다.

본 발명은 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리를 발생시키는 일이 없이, 위상 시프터인 우묵하게 패인 홈을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₁)과 그 밖의 투명 영역을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₂)과의 치수차의 차이를 개선하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 위상 시프트 마스크는,

노광광을 투과하는 2개의 영역을 가지고, 한쪽 영역을 투과하는 상기 노광광의 위상을 반전시키는 오목부가 다른쪽 영역에 형성된 투명 기판과,

복수의 막 두께로 형성되고, 단부가 상기 오목부 위에 걸리지 않도록 상기 투명 기판 위에 형성된 상기 노광광을 차광하는 차광막

을 구비한 것을 특징으로 한다.

단부가 상기 오목부 위에 걸리지 않도록 차광막을 상기 투명 기판 위에 형성함으로써 차광 패턴의 크기가 작아지더라도 투명 기판이 지지하는 차광막의 면적율은 변하는 일이 없다. 또한, 차광막을 복수의 막 두께로 형성함으로써 후술하는 바와 같이 산란광을 생기게 한다.

또한, 상기 차광막은 2개의 막 두께로 형성되어, 한쪽이 다른쪽의 막 두께의 대략 1/2의 막 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 한쪽이 다른쪽의 막 두께의 대략 1/2의 막 두께로 형성됨으로써 웨이퍼 위에 전사되었을 때의 광 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 차광막이 크롬(Cr)을 이용하여 2개의 막 두께로 형성된 경우, 한쪽이 110 nm 이상의 막 두께로 형성되고, 다른쪽이 60 nm 이상의 막 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 한쪽이 110 nm 이상의 막 두께로 형성됨으로써, Cr에서는 광학 농도 3 이상을 확보할 수 있다. 또한, 다른쪽이 60 nm 이상의 막 두께로 형성됨으로써 이러한 다른쪽의 막에 핀홀 등의 결함을 생기게 하지 않도록 할 수 있다.

또한, 상기 차광막은 상기 2개의 영역의 사이에 형성되고, 상기 2개의 영역의 중앙부에서 막 두께가 변경하도록 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 2개의 영역의 중앙부에서 막 두께가 변경함으로써 복수의 막 두께가 된 차광막의 영향을 원하는 상기 2개의 영역의 한쪽에만 미치게 하고, 원하지 않은 다른쪽에 영향을 미치게 하지 않도록 할 수 있다.

또한, 상기 차광막은 얇은 막 두께로 형성된 부분에 있어서도 상기 노광광의 투과율이 1% 미만이 되도록 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 노광광의 투과율이 1% 미만이 되도록 막 두께가 형성되는 것에 의해 후술하는 바와 같이 광의 위상 효과를 고려하지 않고 위상 시프트 마스크를 설계할 수 있다.

본 발명의 위상 시프트 마스크의 제조 방법은,

투명 기판 위에 노광광을 차광하는 차광막을 성막하는 차광막 성막 공정과,

상기 차광막 성막 공정에 의해 성막된 차광막을 선택적으로 에칭하는 제1 차광막 에칭 공정과,

상기 제1 차광막 에칭 공정에 의해 에칭되어 상기 투명 기판면이 나타난 상기 투명 기판을 선택적으로 에칭하는 기판 에칭 공정과,

상기 제1 차광막 에칭 공정에 의해 에칭되지 않은 상기 차광막이 복수의 막 두께가 되도록 상기 차광막을 선택적으로 에칭하는 제2 차광막 에칭 공정

을 구비한 것을 특징으로 한다.

제2 차광막 에칭 공정에 의해 상기 차광막을 복수의 막 두께로 할 수 있다. 상기 차광막을 복수의 막 두께로 함으로써 후술하는 바와 같이 산란광을 생기게 한다.

그리고, 상기 기판 에칭 공정에 의해 에칭되는 영역과 에칭되지 않는 영역이 상기 차광막을 사이에 두고 교대로 나란히 배치되도록 선택적으로 에칭한다.

본 발명에 의하면, 단부가 상기 오목부 위에 걸리지 않도록 차광막을 상기 투명 기판 위에 형성함으로써 차광 패턴의 크기가 작아지더라도 항상 투명 기판에서 지지되고 있기 때문에 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리를 발생시키지 않도록 할 수 있다. 또한, 차광막의 복수의 막 두께로 함으로써 후술하는 바와 같이 얇은 막 두께부에서 두꺼운 막 두께부보다 산란광을 크게 생기게 하여, 광의 회절에 의한 영향을 크게 할 수 있다. 얇은 막 두께부에서 광의 회절에 의한 영향을 크게 하게 함으로써 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭이 커져 버리는 영역측에서의 레지스트 패턴의 라인폭을 작게 할 수 있다. 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭이 커져 버리는 영역측에서의 레지스트 패턴의 라인폭을 작게 할 수 있기 때문에 위상 시프터인 우묵하게 패인 홈을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₁)과 그 밖의 투명 영역을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₂)과의 치수차의 차이를 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 한쪽이 다른쪽의 막 두께의 대략 1/2의 막 두께로 형성됨으로써, 웨이퍼 위에 전사되었을 때의 광 콘트라스트를 향상시킬 수 있기 때문에 더욱 해상도를 향상시킬 수 있다. 해상도를 향상시킬 수 있기 때문에 노광광의 파장 이하의 패턴 크기를 가공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 상기 2개의 영역의 중앙부에서 막 두께가 변경됨으로써 통상 투과부와 위상 시프터와의 양자 서로 영향을 미치게 하지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 상기 노광광의 투과율이 1% 미만이 되도록 막 두께가 형성되는 것에 의해 광의 위상 효과를 고려하지 않고 위상 시프트 마스크를 설계할 수 있기 때문에 용이하게 효과있는 위상 시프트 마스크를 설계할 수 있다. 또한, 광의 위상 효과를 고려하지 않은 것으로, 설계 비용을 낮추는 것으로도 이어진다. 또한, 광의 위상 효과를 고려하지 않아도 되기 때문에 위상 시프트 마스크의 제조 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 위상 시프터의 측면에 우묵하게 패인 부분을 형성시키지 않도록 할 수 있기 때문에, 차광 패턴의 크기가 작아지더라도 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리를 발생시키지 않도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 에칭되는 영역과 에칭되지 않는 영역이 상기 차광막을 사이에 두고 교대로 나란히 배치되도록 선택적으로 에칭함으로써 웨이퍼 위에서의 광의 위상을 양 패턴 사이에서 180° 시프트시키는 것에 의해 웨이퍼 위에서의 광 콘트라스트를 향상시켜, 종래의 포토 노광 장치를 이용한 레지스트 해상도를 대폭 개선할 수 있다. 나아가서는, 노광광의 파장 이하의 패턴 크기를 가공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면 상기 기판 에칭 공정에 의해 에칭된 영역측에서의 산란광을 증대시켜, 광의 회절에 의한 영향을 크게 하게 함으로써 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭이 커져 버리는 영역측에서의 차광막의 막 두께를 얇게 할 수 있다.

이하, 실시예에서는 투명 기판을 우묵하게 파인 구조를 갖는 위상 시프트 마스크의 경우에 있어서, 투명 기판이 차광 패턴을 지지하는 영역이 작아지지 않도록 하기 위해서 투명 기판의 측면측으로의 우묵하게 패인 형상에 의해 웨이퍼 위의 레지스트 패턴 폭치수를 보정하는 것이 아니라, 투명 기판 위의 차광막 패턴이 웨이 퍼 위의 레지스트 패턴 폭치수를 보정할 수 있는 기능을 갖는 위상 시프트 마스크의 구조를 설명한다. 본 구조를 실현하기 위해서, 투명 기판 상의 차광막 패턴이 2 계조 혹은 3 계조 이상의 복수의 계조의 막 두께를 갖는 차광막의 구조로 한다. 본 구조를 적용함으로써 투명 기판이 차광막 패턴을 지지하는 영역이 작아져서, 차광막 패턴이 쓰러지거나 박리하는 현상이 발생하지 않고, 또한 투명 영역을 투과한 0°의 위상을 갖는 광강도 프로파일과 180°의 위상을 갖는 광강도 프로파일을 동일하게 할 수 있는 효과를 실현할 수 있다. 본 실시예는 이상의 마스크 구조를 특징으로 하는 위상 시프트 마스크와 그 제조 방법 및 노광 방법을 설명한다.

실시예 1

도 1은 실시예 1에 있어서의 위상 시프트 마스크의 단면 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 있어서 위상 시프트 마스크(100)는 투명 기판(1)과 차광막(2)을 구비하고 있다.

투명 기판(1)에는 오목부가 되는 위상 시프터(3)가 형성되어 있다. 위상 시프터(3)를 가짐으로써 위상 0°와 위상 180°에서 노광광을 투과하는 2개의 영역을 갖게 된다. 한쪽 영역은 오목부로 되어 있지 않은 투명 기판면 그대로이다. 다른쪽 영역에 위상 시프터(3)가 형성되어 있다. 위상 시프터(3)에 의해 오목부로 되어 있지 않은 투명 기판면인 한쪽 영역을 투과하는 상기 노광광의 위상을 반전시킬 수 있다.

차광막(2)은 복수의 막 두께로 형성되어, 단부가 위상 시프터(3)가 되는 상 기 오목부 위에 걸리지 않도록 상기 투명 기판(1) 위에 형성되어 있다. 차광막(2)은 상기 노광광을 차광한다. 단부가 위상 시프터(3)가 되는 상기 오목부 위에 걸리지 않도록 상기 투명 기판(1) 위에 형성되기 때문에 항상 투명 기판(1)으로 지지되고 있기 때문에 차광막(2)에 의한 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리를 발생시키지 않도록 할 수 있다.

도 2는 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭과 차광막의 막 두께와의 관계를 나타낸 도면이다.

웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭(레지스트의 공간폭)과 차광막의 막 두께(예컨대, 여기서는 크롬막 두께)와의 관계는 도 2와 같이 된다. a의 영역은 투과 영역으로부터의 광이 투과하기 어렵고 레지스트가 해상하지 않은 영역, b의 영역은 투과 영역에서 광을 통과시키는 것이 가능하고, 광의 회절에 의한 영향으로 치수 변동하는 영역, c의 영역은 광의 투과와 회절의 영향에 의해 보다 단숨에 레지스트가 없어지는 영역이다.

그리고, 투과 영역에서 광을 통과시키는 것이 가능하고, 또한 광학 농도 3 이상을 갖는 b의 영역에서는 레지스트의 라인폭은 주변의 투과 영역으로부터의 광의 회절에 의한 영향으로 치수가 변동한다. 차광막의 두께가 얇을수록 산란광이 커지기 때문에 광의 회절에 의한 영향은 커져서 레지스트의 라인폭을 작게 하여 버린다. 본 실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크는 이 현상을 응용한 것이다. 따라서, 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭(레지스트의 공간폭)이 커져 버리는 투과 영역측의 차광막의 막 두께를 얇게 함으로써 얇은 막 두께부에서 웨이 퍼에 전사되었을 때의 광의 회절에 의한 영향을 크게 할 수 있고, 그 결과 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭이 커져 버리는 투과 영역측에서의 레지스트 패턴의 라인폭을 작게 할 수 있다. 따라서, 오목부가 형성되어 있지 않은 통상 투과부와 오목부가 형성된 시프터 투과부와의 양자 서로 상대측에 영향을 미치게 하지 않도록 하기 위해서도 도 1에 있어서의 차광막(2)은 상기 2개의 영역의 사이에 형성되고, 상기 2개의 영역의 중앙부에서 막 두께가 변경하도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 3은 도 1에 있어서 위상 시프트 마스크(100)의 제조 방법의 주요부를 나타내는 플로우차트이다.

도 3에 있어서 본 실시예에서는 차광막(2)을 성막하는 차광막 성막 공정(S202), 전자선 레지스트를 도포하는 제1 전자선 레지스트 도포 공정(S204), 전자선 레지스트를 노광하는 제1 노광 공정(S206), 노광된 전자선 레지스트를 현상하는 제1 현상 공정(S208), 차광막(2)을 에칭하는 제1 차광막 에칭 공정(S210), 전자선 레지스트를 박리하는 제1 레지스트 박리 공정(S212), 전자선 레지스트를 도포하는 제2 전자선 레지스트 도포 공정(S214), 전자선 레지스트를 노광하는 제2 노광 공정(S216), 노광된 전자선 레지스트를 현상하는 제2 현상 공정(S218), 투명 기판(1)을 에칭하는 기판 에칭 공정(S220), 차광막(2)을 에칭하는 제2 차광막 에칭 공정(S222), 전자선 레지스트를 박리하는 제2 레지스트 박리 공정(S224)이라 하는 일련의 공정을 실시한다.

도 4는 도 3의 플로우차트에 대응하여 실시되는 공정을 나타내는 공정 단면 도이다.

도 4에서는 도 3의 차광막 성막 공정(S202)으로부터 제1 레지스트 박리 공정(S212)까지를 나타내고 있다. 그 이후의 공정은 후술한다.

도 4의 a에 있어서 차광막 성막 공정으로서 투명 기판(1) 위에 노광광을 차광하는 차광막(2)을 성막한다. 투명 기판(1)의 재료로서는 적용하는 노광광의 파장에 있어서 투과율 80% 이상의 높은 것을 사용한다. 예컨대, 노광광의 파장 157 nm 이상에 있어서 85% 이상의 투과율을 갖는 개량형 석영 유리는 유효하다. 차광막(2)의 재료로서는 적용하는 노광광의 파장에 있어서 투과율이 작은 것을 사용한다. 예컨대, 157 nm 이상의 파장의 광에 있어서는 투과율이 0.5% 이하인 크롬(Cr)이 바람직하다. 그 외, 산화철, 니켈, 실리콘, 게르마늄산화물, 지르콘산화물 등이라도 상관없다. 차광막(2)은 투과율이 1% 미만이 되는 재료이면 좋다. 또한, 차광막(2)의 재료로서 Cr을 이용하는 것에 의해 에칭이 곤란한 니켈 등을 재료로서 이용하는 것보다도 에칭을 쉽게 할 수 있다. 성막하는 막 두께(타겟 치수)는 예컨대 Cr의 경우, 110 nm 이상이 바람직하다. 110 nm 이상으로 함으로써 광학 농도 3 이상으로 할 수 있다. 그 밖의 재료라도 광학 농도 3 이상으로 할 수 있는 막 두께로 하는 것이 바람직하다. 또한, 성막 방법은 스퍼터, 혹은 진공 증착 등을 이용하면 좋다. 그 밖의 방법이라도 상관없다.

도 4의 b에 있어서 제1 전자선 레지스트 도포 공정으로서 투명 기판(1) 위에 차광막(2)을 성막한 블랭크 마스크의 성막된 차광막(2)의 위에 전자선 레지스트를 도포하여, 레지스트막(4)을 형성한다. 전자선 레지스트는 스핀 도포법 등에 의해 도포한다. 전자선 레지스트를 이용하는 것에 의해 미세 패턴의 가공이 가능하게 된다. 여기서는, 전자선 레지스트를 이용하고 있지만, 자외선 등의 광에 대하여 감광성을 갖는 레지스트막을 이용하더라도 좋다.

도 4의 c에 있어서 제1 노광 공정으로서 도포된 전자선 레지스트를 노광한다. 노광은 전자선 묘화 장치를 이용하여 레지스트막(4)의 선택적인 영역에 전자빔을 조사한다. 차광막(2)을 노출시켜, 에칭하는 영역에 전자빔 묘화를 행한다. 전자선 레지스트가 해상하는 데 필요한 전하량을 설정하여 전자빔을 조사한다. 전자빔 묘화 공정에서는 전자선 레지스트가 포지티브 레지스트인 경우에는 차광막(2)이 잔존하는 영역은 미묘화로 하면 좋다.

도 4의 d에 있어서 제1 현상 공정으로서 노광된 전자선 레지스트를 현상한다. 현상은 현상액에 담그는 것에 의해 행한다. 현상되는 것에 의해 레지스트막(4)은 레지스트 영역과 무레지스트 영역으로 구별되어, 선택적으로 패터닝이 행해진다. 이러한 전자선 레지스트의 현상 공정에서는 전자선 레지스트로서 포지티브 레지스트를 적용한 경우, 전자빔이 조사된 영역은 전자선 레지스트가 현상액에 용해하여, 차광막(2)이 노출한다. 전자빔이 조사되지 않는 영역은 전자선 레지스트가 현상액에 용해하지 않기 때문에, 전자선 레지스트의 패턴이 잔존한다.

도 4의 e에 있어서 제1 차광막 에칭 공정으로서 차광막(2)을 선택적으로 투명 기판(1) 표면까지 에칭한다. 에칭법은 이방성 에칭법을 이용하는 것이 바람직하다. 이방성 에칭법을 이용함으로써 기판면에 대하여 수직 방향으로 에칭할 수 있다. 예컨대, 차광막(2)의 건식 에칭을 행하는 경우, 평행 평판형 반응성 이온 에칭 (RIE)법을 적용한다. 예컨대, 차광막이 Cr인 경우, 에칭 가스는 CCL₄(테트라클로로메탄)와 O₂(산소), 혹은, CH₂Cl₂(디클로로메탄)와 O₂를 유량 비율 1:3으로 제어하여 적용하면 좋다. 에칭할 때, 투명 기판(1)과의 에칭 선택비는 충분하지 않으면 안 된다. 또한, 레지스트막(4)의 재료인 전자선 레지스트는 에칭에 대한 보호막으로서 기능하고, 전자선 레지스트로 덮여 있지 않은 영역의 차광막만이 제거되어, 투명 기판(1)이 부분적으로 노출한다. Cr막의 건식 에칭에 CCl₄와 O₂, 혹은 CH₂Cl ₂와 O₂를 유량 비율 1:3으로 제어하여 적용하는 경우, 전자선 레지스트의 건식 에칭 내성은 충분하다. 또한, 첨가 가스로서 Ar(아르곤), N₂(질소), 혹은 HCl(염산) 등 중 어느 하나를 혼입시키더라도 좋다. 혼입시킴으로써 패턴종의 차이에 의한 균일성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, HCl을 혼입시키면 에칭율의 균일성을 향상시킬 수 있다.

도 5는 반응성 이온 에칭법에 의한 에칭을 행하는 장치의 개념도이다.

도 5에 있어서 장치(300)에서는 챔버(306)의 내부에서 하부 전극(302)의 위에 위상 시프트 마스크(100)를 설치한다. 위상 시프트 마스크(100)는 하부링(309)의 내측에 설치한다. 그리고, 상부링(308) 내의 가스 분출판(305)으로부터 챔버(306)의 내부에 에칭 가스가 되는 혼합 가스를 공급하여, 진공 펌프(307)에 의해 소정의 챔버내 압력이 되도록 탈기된 챔버(306)의 내부의 상부 전극(301)과 하부 전극(302)과의 사이에 고주파 전원이 되는 상부 RF 전원(303)을 이용하여 플라즈마를 생성시킨다. 한편, 하부 RF 전원(304)을 이용하여 이온 에너지를 제어한다. 이와 같이, 플라즈마를 생성하는 RF 전원과 이온 에너지를 제어하는 RF 전원이 독립 된 방식의 에칭 장치가 바람직하다. 플라즈마를 생성하는 RF 전원과 이온 에너지를 제어하는 RF 전원이 독립하지 않은 평행 평판형 RIE(위상 시프트 마스크가 적재되는 쪽에만 RF 전원이 있다)에서는 에칭율을 증가시키기 위해서 RF 전원을 올리면 이온 에너지도 오르기 때문에 선택비를 확보하는 것이 곤란하지만, 독립된 장치에서는 플라즈마 생성의 RF 전원을 증가하여, 이온 에너지 제어를 행하는 RF 전원을 억제하는 것에 의해 용이하게 선택비를 확보하는 것이 가능하게 된다.

여기서는, 제1 차광막 에칭 공정의 에칭 조건으로서, 예컨대 플라즈마 전력을 200 W 전후, 바이어스 전압을 100 V 전후로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 진공 펌프(307)에 의해 13.3 Pa(0.1 Torr) 이하의 챔버내 압력이 되도록 탈기한다. 챔버내 압력은 낮은 쪽이 바람직하다.

도 4의 f에 있어서 제1 레지스트 박리 공정으로서 전자선 레지스트를 박리한다. 레지스트막(4)의 박리액으로서는 황산과 과산화수소수를 3:1의 비율로 혼합한 혼합액을 적용하면 좋다. 이 때, 노출하고 있는 투명 기판(1)과의 박리 내성은 충분하지 않으면 안 된다. 박리후, 나타내지 않지만 세정을 행한다.

도 6은 도 3의 플로우차트에 대응하여 실시되는 공정을 나타내는 공정 단면도이다.

도 6에서는 도 3의 제2 전자선 레지스트 도포 공정(S214)으로부터 제2 레지스트 박리 공정(S224)까지를 나타내고 있다.

도 6의 g에 있어서 제2 전자선 레지스트 도포 공정으로서 차광막(2)이 에칭되어 노출된 투명 기판(1)과 에칭되지 않은 차광막(2)의 위에 전자선 레지스트를 도포하여, 재차 레지스트막(4)을 형성한다. 전자선 레지스트는 스핀 도포법 등에 의해 도포하는 것, 전자선 레지스트를 이용하는 것에 의해 미세 패턴의 가공이 가능해지는 것, 여기서는 전자선 레지스트를 이용하고 있지만, 자외선 등의 광에 대하여 감광성을 갖는 레지스트막을 이용해도 되는 것 등은 전술한 바와 같다.

도 6의 h에 있어서 제2 노광 공정으로서 도포된 전자선 레지스트를 노광한다. 노광은 전자선 묘화 장치를 이용하여 레지스트막(4)의 선택적인 영역에 전자빔을 조사한다. 투명 기판(1)과 차광막(2)을 선택적으로 노출시켜, 에칭하는 영역에 전자빔 묘화를 행한다. 전자선 레지스트가 해상하는 데 필요한 전하량을 설정하여, 전자빔을 조사한다. 전자빔 묘화 공정에서는 전자선 레지스트가 포지티브 레지스트의 경우는 차광막(2)이 최후까지 완전히 잔존하는 영역은 미묘화로 하면 좋다.

도 6의 i에 있어서 제2 현상 공정으로서 노광된 전자선 레지스트를 현상한다. 현상은 현상액에 담그는 것에 의해 행한다. 현상되는 것에 의해 레지스트막(4)은 레지스트 영역과 무레지스트 영역으로 구별되어, 선택적으로 패터닝이 행해진다. 이러한 전자선 레지스트의 현상 공정에서는 전자선 레지스트로서 포지티브 레지스트를 적용한 경우, 전자빔이 조사된 영역은 전자선 레지스트가 현상액에 용해하여, 투명 기판(1)과 차광막(2)이 노출한다. 전자빔이 조사되지 않는 영역은 전자선 레지스트가 현상액에 용해하지 않기 때문에, 전자선 레지스트의 패턴이 잔존한다. 차광막(2)의 패턴 중 레지스트막(4)에 숨겨진 폭 W1과 노출하는 폭 W2가 같아지도록 패터닝하는 것이 바람직하다. 같아지도록 패터닝함으로써 차광막(2)을 중앙부에서 막 두께가 변경하도록 형성할 수 있다. 중앙부에서 막 두께가 변경하도록 형성함으로써 복수의 막 두께가 된 차광막의 영향을 웨이퍼에 전사되었을 때, 2개의 투과 영역의 원하는 한쪽에만 미치게 하고, 원하지 않는 다른쪽에 영향을 미치게 하지 않도록 할 수 있다.

도 6의 j에 있어서 기판 에칭 공정으로서 투명 기판면이 나타난 상기 투명 기판(1)을 선택적으로 에칭한다. 기판 에칭 공정에서는 에칭되는 영역과 에칭되지 않는 영역이 상기 차광막(2)을 사이에 두고 교대로 나란히 배치되도록 선택적으로 에칭한다. 에칭되는 영역에는 에칭되지 않는 영역과 위상이 180° 틀어진 위상 시프터(3)가 형성된다. 에칭되는 영역의 우묵하게 패인 양(d)은 노광광의 파장(λ)과 투명 기판(1)의 굴절율(n)에 의존하여 상기 수학식 1로 나타낸다.

(수학식 1)

우묵하게 패인 양(d) = λ/2(n-1)

에칭되는 영역과 에칭되지 않는 영역이 상기 차광막(2)을 사이에 두고 교대로 나란히 배치되도록 선택적으로 에칭함으로써 웨이퍼 위에서의 광의 위상을 양 패턴 사이에서 180° 시프트시키는 것에 의해 웨이퍼 위에서의 광 콘트라스트를 향상시켜, 종래의 포토 노광 장치를 이용한 레지스트 해상도를 대폭 개선할 수 있다. 나아가서는, 노광광의 파장 이하의 패턴 크기를 가공할 수 있다.

에칭법은 이방성 에칭법을 이용하는 것이 바람직하다. 이방성 에칭법을 이용함으로써 기판면에 대하여 수직 방향으로 에칭할 수 있다. 수직 방향으로 에칭함으로써 차광막(2)의 하부에까지 투명 기판(1)의 우묵하게 패인 부분을 형성시키지 않도록 할 수 있다. 바꿔 말하면, 위상 시프터(3)의 측면에도 우묵하게 패인 부분을 형성시키지 않도록 할 수 있다. 위상 시프터(3)의 측면에 우묵하게 패인 부분을 형성시키지 않도록 할 수 있기 때문에, 차광 패턴의 크기가 작아지더라도 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리를 발생시키지 않도록 할 수 있다. 예컨대, 투명 기판(1)의 건식 에칭을 행하는 경우, 도 5에 나타낸 반응성 이온 에칭 장치를 이용하여 평행 평판형 반응성 이온 에칭법을 적용한다. 예컨대, 투명 기판(1)이 석영 유리인 경우, 에칭 가스는 CF₄(테트라플루오로메탄)와 O₂를 유량 비율 20:1로 제어하여 적용하면 좋다. 에칭할 때, 레지스트막(4)은 에칭에 대한 보호막으로서 기능하고, 레지스트막(4)으로 덮여 있지 않은 영역의 석영 유리가 에칭된다. 석영 유리의 건식 에칭에 CF₄와 O₂를 유량 비율 20:1로 제어하여 적용한 경우, 전자선 레지스트의 건식 에칭 내성은 충분하다.

여기서는, 기판 에칭 공정의 에칭 조건으로서, 예컨대, 플라즈마 전력을 100 W 전후, 바이어스 전압을 80 V 전후로 하는 것이 바람직하다. 에칭율을 빠르게 하면서, 또한 에칭된 투명 기판(1)의 유리 파편이 레지스트의 위에 올라가 버리는 것을 막을 수 있다. 그리고, 진공 펌프(307)에 의해 13.3 Pa(0.1 Torr) 이하의 챔버내 압력이 되도록 탈기한다. 챔버내 압력은 낮은 쪽이 바람직하다.

도 6의 k에 있어서 제2 차광막 에칭 공정으로서 상기 제1 차광막 에칭 공정에 의해 에칭되지 않은 상기 차광막(2)이 복수의 막 두께가 되도록 상기 차광막(2)을 선택적으로 에칭한다. 여기서는, 상기 기판 에칭 공정에 의해 에칭된 영역측을 에칭한다. 상기 기판 에칭 공정에 의해 에칭된 영역측에서의 산란광을 증대시켜, 광의 회절에 의한 영향을 크게 함으로써 웨이퍼에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭이 커져 버리는 영역측에서의 차광막의 막 두께를 얇게 할 수 있다. 예컨대, 차광막(2)의 재료로서 Cr을 이용하여 2개의 막 두께로 형성하는 경우, 차광막 성막 공정에서 110 nm 이상의 막 두께(t1)로 형성된 차광막(2)을 선택적으로 60 nm 이상의 막 두께(t2)로 형성되도록 에칭한다. 얇아지는 쪽의 막 두께(t2)를 60 nm으로 함으로써 핀홀 결함을 발생시키지 않도록 할 수 있다. 차광막(2)을 2개의 막 두께로 형성하는 경우, 에칭되어 박막화되는 한쪽의 막 두께(t2)가 당초 성막된 다른쪽의 막 두께(t1)의 대략 1/2의 막 두께가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 한쪽이 다른쪽의 막 두께의 1/2의 막 두께에 가까워지도록 형성함으로써 웨이퍼 위에 전사되었을 때의 광 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 단 이것에 한정되는 것이 아니라, 전술한 바와 같이 웨이퍼 위에 전사되었을 때의 레지스트 패턴의 라인폭은 차광막(2)의 막 두께에 좌우되기 때문에, 위상 시프터(3)인 우묵하게 패인 홈을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₁)과 그 밖의 투명 영역을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트 패턴의 라인폭(L₂)과의 치수차의 차이에 따라서 막 두께를 에칭량에 의해 조정하여, 치수차의 차이를 극히 작게 하도록 하면 좋다. 또한, 차광막(2)은 얇은 막 두께로 형성된 부분에 있어서도 상기 노광광의 투과율이 1% 미만이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 투과율이 1% 이상이 되어 버리면 광의 위상 효과를 고려해야 하기 때문이다.

차광막(2)의 박막화를 행하는 경우, 도 5에 나타낸 반응성 이온 에칭 장치를 이용하여 평행 평판형 반응성 이온 에칭(RIE)법을 적용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 차광막이 Cr인 경우, 에칭 가스는 CCl₄와 O₂, 혹은 CH₂Cl₂와 O₂를 유량 비율 1:3으로 제어하여 적용하면 좋다. 차광막(2)의 박막화시에, 투명 기판(1)과의 에치 선택비는 충분하지 않으면 안 된다. 또한, 전자선 레지스트의 레지스트막(4)은 에칭에 대한 보호막으로서 기능하고, 레지스트막(4)으로 덮여 있지 않은 영역의 차광막(2)만이 소정의 에칭량만큼 제거된다. Cr막의 박막화에 CCl₄와 O₂, 혹은 CH₂Cl ₂와 O₂를 유량 비율 1:3로 제어하여 적용하는 경우, 전자선 레지스트의 건식 에칭 내성은 충분하다. 또한, 첨가 가스로서 Ar, N₂,혹은 HCl 등 중 어느 하나를 혼입시키더라도 좋다. 혼입시킴으로써 패턴종의 차이에 의한 균일성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, HCl을 혼입시키면 에칭율의 균일성을 향상시킬 수 있는 것은 전술한 바와 같다.

여기서는, 제2 차광막 에칭 공정의 에칭 조건으로서, 예컨대 플라즈마 전력을 50 W 전후, 바이어스 전압을 40 V 전후로 하는 것이 바람직하다. 제1 차광막 에칭 공정과 비교하여 저전력을 적용하고, 에칭 시간을 길게 하여, 에칭량을 제어하기 쉽게 하는 것이 바람직하다. 에칭율을 억제하는 것에 의해 박막측의 막 두께를 정밀도가 좋게 형성할 수 있다. 그리고, 진공 펌프(307)에 의해 13.3 Pa(0.1 Torr) 이하의 챔버내 압력이 되도록 탈기한다. 챔버내 압력은 낮은 쪽이 바람직하다.

도 6의 1에 있어서 제2 레지스트 박리 공정으로서 전자선 레지스트를 박리한다. 레지스트막(4)의 박리액으로서는 황산과 과산화수소수를 3:1의 비율로 섞은 혼합액을 적용하면 좋다. 이 때, 노출하고 있는 투명 기판(1)이나 차광막(2)과의 박 리 내성은 충분하지 않으면 안 된다. 박리후, 나타내지 않지만 세정을 행한다.

도 7은 투영 노광 장치의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.

본 실시예에서 전술한 제조 방법에 의해 제조된 위상 시프트 마스크(100)를 투영 노광 장치에 설치한다. 도 7에서는 이 실시예에 의한 광 리소그래피 노광 기술 개념을 나타내고 있다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 노광 광원(22)으로부터 발생하는 노광광이 렌즈(23)를 투과하여 미러(25)로 반사되고, 위상 시프트 마스크(100)를 투과하여, 노광 투영계 렌즈(24)에 입사한다. 그리고, 이 노광 투영계 렌즈(24)의 내부에서 수속되어, 웨이퍼(200) 위의 포토레지스트에 노광된다.

도 8은 본 실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크와 그 광진폭 및 광강도 분포에 관해서 나타낸 도면이다.

도 8의 a는 본 실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크(100)를 나타내고 있다. 도 8의 b는 광강도 진폭을 나타내고 있고, 도 8의 c는 광강도 분포를 나타내고 있다. 도 8의 b에 나타낸 바와 같이, 위상 시프트 마스크(100)는 인접하는 투광 영역에서 서로 위상이 반전하고 있기 때문에, 차광 영역에서의 광강도 분포는 상쇄하여, 도 8의 c에 나타낸 바와 같이 광강도는 0이 된다. 따라서, 차광 영역에는 어두운 영역이 생기고, 광 콘트라스트는 향상한다. 이와 같이 신규의 위상 시프트 마스크(100)에 관해서도 위상 시프터(3)에 의해 거기에서 나오는 노광광의 위상이 180° 시프트하여, 차광 패턴 영역은 회절광에 의한 영향이 상쇄되고, 광 콘트라스트가 향상하여, 해상도가 향상한다.

도 9는 본 실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크를 이용하여 웨이퍼에 전사 된 패턴을 설명하기 위한 개념도이다.

도 9의 a에서는 웨이퍼에 전사된 패턴을 웨이퍼 상부로부터 본 경우의 개념도를 나타내고 있다. 도 9의 b는 웨이퍼에 전사된 패턴을 웨이퍼 단면으로부터 본 경우의 개념도를 나타내고 있다. 본 구조의 위상 시프트 마스크(100)를 이용하여 기체(210) 위에 도포된 레지스트막(220)을 구비한 웨이퍼(200)에 노광한 경우, 위상 시프터(3)측의 차광막(2)을 박막화하여, 산란광을 크게 하고 있기 때문에, 도 9의 a 및 b에 나타낸 바와 같이 위상 시프터(3)인 우묵하게 패인 홈을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트막(220)의 라인폭(L₁)과 그 밖의 투명 영역을 투과한 노광광에 의존하여 형성되는 레지스트막(220)의 라인폭(L₂)과의 치수차의 차이가 개선된다.

도 10은 본 실시예에 있어서의 위상 시프트 마스크에 의한 차광 패턴의 가공 크기 의존성을 나타낸 도면이다.

도 10의 a는 예컨대 노광광의 파장이 157 nm인 경우의 위상 시프트 마스크의 구조에 있어서의 차광막(2)으로 이루어지는 차광 패턴과 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 부분과의 위치 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 도 10의 b는 a의 차광 패턴 크기를 1로 한 경우에, 차광 패턴 크기가 그 3/4이 된 경우에 관해서 차광 패턴 크기와 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 부분과의 위치 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 도 10의 c는 a의 차광 패턴 크기를 1로 한 경우에, 차광 패턴 크기가 그 1/2이 된 경우에 관해서 차광 패턴 크기와 위상 시프터(3)의 우묵하게 패인 부 분과의 위치 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 도 10에 나타난 바와 같이, 차광 패턴 크기가 서서히 작아지더라도 그 지지되는 투명 기판과의 접촉 면적이 작아지지 않고, 그 결과로서 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리가 발생하지 않는다. 예컨대, 적용하는 노광광의 파장을 157 nm으로 하고, 개구수(NA)를 0.85, 축소율을 1/5이라고 하면, 종래 치수차를 보정하는 데 필요한 언더컷량은 마스크 위 150 nm이며(SPIE2003, 5040-110 참조), 웨이퍼 위에서는 30 nm가 되어 있었다. 그러나, 본 실시예에서는 65 nm 레벨의 차광 패턴, 또한 45 nm 레벨의 차광 패턴에 있어서도 투명 기판(1)은 완전히 차광 패턴이 되는 차광막(2)을 지지하고 있고, 차광 패턴의 쓰러짐이나 박리가 발생하지 않는다.

이상과 같이, 본 실시예에서는 투명 기판(1)이 차광 패턴을 지지하는 영역이 작아지지 않도록 하기 위해서 투명 기판(1)의 우묵하게 패인 형상에 의해서 웨이퍼(200)위 치수를 보정하는 것이 아니라, 투명 기판 위의 차광막 패턴이 웨이퍼(200)위 치수를 보정할 수 있는 기능을 갖는 위상 시프트 마스터(100)의 구조로 하였다. 본 기능을 차광막(2)에도 가지게 하는 것을 실현하기 위해서, 투명 기판 위의 차광막 패턴이 2 계조의 막 두께를 갖는 차광막의 구조로 하였다. 본 구조를 적용함으로써 투명 기판(1)이 차광막 패턴을 지지하는 영역이 작아지고, 차광막 패턴이 쓰러지고 박리하는 현상이 발생하지 않으며, 또한 투명 영역을 투과한 0°의 위상을 갖는 광강도 프로파일과 180°의 위상을 갖는 광강도 프로파일을 동일하게 할 수 있는 효과를 실현할 수 있다. 더욱이, 차광 패턴의 막 두께는 2 계조로 되어 있기 때문에 위상 시프터(3)를 투과한 180°의 위상을 갖는 노광광에 의존하는 가공 치 수와, 그 밖의 투명 영역을 투과한 0°의 위상을 갖는 노광광에 의존하는 가공 치수와의 차이를 조정할 수 있는 기능을 가질 수 있다. 여기서, 본 실시예에서는 차광 패턴의 막 두께를 2 계조로 하였지만, 3 계조 이상이라도 상관 없다. 계조수가 많을수록 마스크 제작 상에 있어서 공정수가 증대하지만, 패턴 종류별로 보다 정확한 선폭의 제어를 가능하게 할 수 있다.

여기서, 기체(210)는 나타내지 않은 각종 반도체 소자 혹은 구조를 갖는 것으로 할 수 있다.

또한, 차광막(2), 위상 시프터(3)의 크기, 수 등에 관해서도 반도체 집적 회로나 각종 반도체 소자에 있어서 필요로 되는 것을 적절하게 선택하여 이용할 수 있다.

그 외에, 본 발명의 소자들을 구비하여, 당업자가 적절하게 설계 변경할 수 있는 모든 위상 시프트 마스크를 포함하는 포토 마스크의 제조 방법은 본 발명의 범위에 포함된다.

또한, 설명의 간소화를 위해 반도체 산업에서 통상 이용되는 방법, 예컨대 처리 전후의 세정 등은 생략하고 있지만, 이들 방법이 포함되는 것은 물론이다.

이상과 같이, 본 실시예에 있어서 위상 시프트 마스크의 적용에 의해 위상 시프터의 우묵하게 패인 부분의 측면에 우묵하게 패인 부분을 설치하지 않더라도, 종래 위상 시프터의 우묵하게 패인 부분의 측면에도 우묵하게 패인 부분이 필요한 위상 시프트 마스크와 동일한 형상을 얻을 수 있다. 또한, 본 구조의 위상 시프트 마스크를 적용함으로써 마스크 위에 있어서 더욱 미세한 차광 패턴을 형성하는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼 위의 레지스트 패턴에 있어서도 더욱 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 것이 가능하다.

Claims (20)

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5. 노광광을 투과하는 2개의 영역을 가지며, 한쪽 영역을 투과하는 상기 노광광의 위상을 반전시키는 오목부가 다른쪽 영역에 형성된 투명 기판과;

   복수의 막 두께로 형성되고, 단부가 상기 오목부 위에 걸리지 않도록 상기 투명 기판 위에 형성된 상기 노광광을 차광하는 차광막을 포함하고,

   상기 차광막은 크롬(Cr)을 이용하여 2개의 막 두께로 형성되고, 한쪽이 110 nm 이상의 막 두께로 형성되며, 다른쪽이 60 nm 이상의 막 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
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7. 노광광을 투과하는 2개의 영역을 가지며, 한쪽 영역을 투과하는 상기 노광광의 위상을 반전시키는 오목부가 다른쪽 영역에 형성된 투명 기판과;

   복수의 막 두께로 형성되고, 단부가 상기 오목부 위에 걸리지 않도록 상기 투명 기판 위에 형성된 상기 노광광을 차광하는 차광막을 포함하고,

   상기 차광막은 얇은 막 두께로 형성된 부분에 있어서도 상기 노광광의 투과율이 1% 미만이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
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11. 노광광의 위상을 실질적으로 변화시키지 않고서 투과시키는 제1 영역과, 노광광의 위상을 실질적으로 반전시켜 투과시키는 제2 영역을 갖는 투명 기판과;

    상기 투명 기판 위의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 설치되고 상기 노광광을 차광하는 차광막으로서, 제1 두께의 부분과, 상기 제1 두께와는 상이한 제2 두께의 부분을 갖는 차광막을 포함하며,

    상기 차광막은 크롬(Cr)에 의해 형성되고,

    상기 제1 두께는 110 nm 이상이며, 상기 제2 두께는 60 nm 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
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14. 노광광의 위상을 실질적으로 변화시키지 않고서 투과시키는 제1 영역과, 노광광의 위상을 실질적으로 반전시켜 투과시키는 제2 영역을 갖는 투명 기판과;

    상기 투명 기판 위의 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 설치되고 상기 노광광을 차광하는 차광막으로서, 제1 두께의 부분과, 상기 제1 두께와는 상이한 제2 두께의 부분을 갖는 차광막을 포함하며,

    상기 제1 두께의 부분과 상기 제2 두께의 부분 중 어느 하나에 있어서도 상기 노광광의 투과율이 1% 미만인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크.
15. 투명 기판 위에 노광광을 차광하는 차광막을 성막하는 차광막 성막 공정과;

    상기 차광막 성막 공정에 의해 성막된 차광막을 선택적으로 에칭하는 제1 차광막 에칭 공정과;

    상기 제1 차광막 에칭 공정에 의해 에칭되어 상기 투명 기판면이 나타난 상기 투명 기판을 선택적으로 에칭하는 기판 에칭 공정과;

    상기 제1 차광막 에칭 공정에 의해 에칭되지 않은 상기 차광막이 복수의 막 두께가 되도록 상기 차광막을 선택적으로 에칭하는 제2 차광막 에칭 공정

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 기판 에칭 공정에서 이방성 에칭법을 이용하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 기판 에칭 공정에서 에칭되는 영역과 에칭되지 않는 영역이 상기 차광막을 사이에 두고 교대로 나란히 배치되도록 선택적으로 에칭하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 제2 차광막 에칭 공정에서 상기 기판 에칭 공정에 의해 에칭된 영역측을 에칭하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
19. 제15항에 있어서, 상기 제2 차광막 에칭 공정에서 상기 차광막의 상기 에칭된 부분의 막 두께가 반이 되도록 에칭하는 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.
20. 제15항에 있어서, 상기 차광막은 크롬(Cr)에 의해 형성되고,

    상기 제2 차광막 에칭 공정에서 상기 선택적으로 에칭된 상기 차광막의 두께는 60 nm 이상이며, 상기 선택적으로 에칭되지 않는 상기 차광막의 두께는 110 nm 이상인 것을 특징으로 하는 위상 시프트 마스크의 제조 방법.

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