KR20060091246A - 포토마스크, 마스크 패턴의 생성 방법, 및 반도체 장치의제조 방법 - Google Patents

포토마스크, 마스크 패턴의 생성 방법, 및 반도체 장치의제조 방법 Download PDF

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KR20060091246A
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슈지 나카오
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가부시끼가이샤 르네사스 테크놀로지
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Abstract

포토마스크는, 선 형상으로 연장하는 중앙 차광선부(5)를 사이에 두고 실질적으로 동일 선폭으로 병렬로 연장되는 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4)과, 이 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4)을 폭 방향의 양측에서 사이에 두도록 배치되는 반투과 영역을 갖는다. 이 반투과 영역은, 투과한 광이, 광 투과용 개구 패턴(4)을 투과한 광과 동 위상으로 되는 성질을 갖는 동상 반투과부(2)로 되어 있다. 또한, 반투과 영역은, 광의 조사에 의해서 해상(解像)되지 않을 정도로 미세한 피치로 배치된 패턴으로 구성되어 있다.

Description

포토마스크, 마스크 패턴의 생성 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법{PHOTOMASK, METHOD OF GENERATING MASK PATTERN, AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은 본 발명에 근거하는 실시예 1에 있어서의 포토마스크의 평면도이다.
도 2는 본 발명에 근거하는 실시예 1에 있어서의 포토마스크의 미세 암선(暗線) 이미지 형성부의 부분 확대 평면도이다.
도 3은 본 발명에 근거하는 실시예 1에 있어서의 포토마스크의 변형예의 부분 확대 평면도이다.
도 4는 본 발명에 근거하는 실시예 1에 있어서의 포토마스크에 의해서 발생하는 광학 이미지의 상대 강도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 근거하는 실시예 1에 있어서의 포토마스크에 의해서 얻어지는 최소 치수 CD의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 근거하는 실시예 2에 있어서의 포토마스크의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 근거하는 실시예 2에 있어서의 포토마스크에 의해서 발생하는 광학 이미지의 상대 강도의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 근거하는 실시예 2에 있어서의 포토마스크에 의해서 얻어지는 최소 치수 CD의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 근거하는 실시예 3에 있어서의 포토마스크의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 근거하는 실시예 4에 있어서의 반도체 장치의 패턴의 형성 방법의 제 1 공정의 설명도이다.
도 11은 본 발명에 근거하는 실시예 4에 있어서의 반도체 장치의 패턴의 형성 방법의 제 2 공정의 설명도이다.
도 12는 본 발명에 근거하는 실시예 4에 있어서의 반도체 장치의 패턴의 형성 방법의 제 3 공정의 설명도이다.
도 13은 본 발명에 근거하는 실시예 4에 있어서의 반도체 장치의 패턴의 형성 방법에서 이용할 수 있는 제 1 사입사 변형 조명(off-axis modified illumination)의 설명도이다.
도 14는 본 발명에 근거하는 실시예 4에 있어서의 반도체 장치의 패턴의 형성 방법에서 이용할 수 있는 제 2 사입사 변형 조명의 설명도이다.
도 15는 본 발명에 근거하는 실시예 4에 있어서의 반도체 장치의 패턴의 형성 방법에서 이용할 수 있는 제 3 사입사 변형 조명의 설명도이다.
도 16은 본 발명에 근거하는 실시예 5∼9에 있어서의, 설계 패턴 레이아웃을 도시하는 도면이다.
도 17은 본 발명에 근거하는 실시예 5에 있어서의, 차광부 패턴을 도시하는 도면이다.
도 18은 본 발명에 근거하는 실시예 5에 있어서의, 마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도 19는 본 발명에 근거하는 실시예 5에 있어서의, 동상(同相) 반투과부 내부의 마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도 20은 본 발명에 근거하는 실시예 6에 있어서의, 차광부 패턴을 도시하는 도면이다.
도 21은 본 발명에 근거하는 실시예 6에 있어서의, 마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도 22는 본 발명에 근거하는 실시예 6에 있어서의, 동상 반투과부 내부의 마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도 23은 본 발명에 근거하는 실시예 7에 있어서의, 차광부 패턴을 도시하는 도면이다.
도 24는 본 발명에 근거하는 실시예 7에 있어서의, 광 투과용 개구 패턴을 도시하는 도면이다.
도 25는 본 발명에 근거하는 실시예 7에 있어서의, 마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도 26은 본 발명에 근거하는 실시예 8에 있어서의, 차광부 패턴을 도시하는 도면이다.
도 27은 본 발명에 근거하는 실시예 8에 있어서의, 광 투과용 개구 패턴을 도시하는 도면이다.
도 28은 본 발명에 근거하는 실시예 8에 있어서의, 마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도 29는 본 발명에 근거하는 실시예 9에 있어서의, 차광부 패턴을 도시하는 도면이다.
도 30은 본 발명에 근거하는 실시예 9에 있어서의, 광 투과용 개구 패턴을 도시하는 도면이다.
도 31은 본 발명에 근거하는 실시예 9에 있어서의, 마스크 패턴을 도시하는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 차광부 2 : 동상 반투과부
3 : 투과부 4 : 광 투과용 개구 패턴
5 : 중앙 차광선부 10 : 미세 암선 이미지 형성부
11 : 하프톤 위상 시프트막 12 : 완전 차광막
13 : 투명 기판 14 : 오목부
81 : 최암부(最暗部) 82 : 극소부
83 : 구간 110 : 대상물
111 : 포토레지스트층 112 : 선 형상 패턴
113 : 석영 기판
본 발명은 포토마스크, 마스크 패턴의 생성 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
포토마스크 상의 차광막 또는 하프톤막에, 다른 패턴으로부터 독립한 서로 평행한 2개조의 선 형상 개구부가 형성되어 있는 경우, 이 2개조의 선 형상 개구부의 폭 및 간격을 적당히 고르면, 투영 노광시에 2개의 선 형상 개구부가 작성하는 2개의 명선 이미지의 사이에 대단히 가는 암선 이미지(이하 「미세 암선 이미지」라고 함)가 나타난다고 하는 현상이 있다. 이 현상을 이용함으로써, KrF 엑시머 레이저(파장 248㎚)를 광원으로 하여 대략 40㎚ 폭의 레지스트 패턴을 형성할 수 있는 것이 확인되어 있다.
독립한 평행한 2개조의 선 형상 개구부에 의해서 미세 암선 이미지를 만들어내는 기술에 대해서는, 일본특허공개 2002-075823호 공보에 개시되어 있다. 또한, 관련되는 기술로서 일본특허공개평성 제 11-015130호 공보, 일본특허공개평성 제 11-288079호 공보에 개시된 것이 있다.
종래의 기술에 있어서는, 마스크 상에서 독립한 2개조의 선 형상 개구부의 외측의 영역은 차광막 또는 하프톤 위상 시프트막으로 되기 때문에, 외측의 영역은, 2개의 명선의 사이에 발생하는 미세 암선 이미지와 동일한 정도로 어두운 암부 영역으로 되고, 1회의 노광만으로는 이 영역에 불필요한 레지스트 패턴이 남는다. 종래의 기술에 있어서는, 이 불필요한 레지스트 패턴을 남지 않도록 하기 위해서는, 별도의 마스크를 준비하여 2중 노광을 행하고, 외측의 영역을 명부로 하는 것이 필요했다. 이 2중 노광 공정은 단위 시간당 처리량이 적고, 또한 마스크가 2장 필요해지기 때문에, 비용의 면에서 문제였다.
본 발명은, 1장의 마스크에 의한 1회의 노광으로 소망의 패턴을 형성하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 근거하는 포토마스크는, 선 형상으로 연장하는 중앙 차광선부를 사이에 두고 실질적으로 동일 선폭으로 병렬로 연장되는 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴과, 상기 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴을 폭 방향의 양측에서 사이에 두도록 배치되는 반투과 영역을 갖는다. 상기 반투과 영역은, 상기 반투과 영역을 투과한 광이, 상기 광 투과용 개구 패턴을 투과한 광과 동 위상으로 되는 성질을 갖는다. 상기 반투과 영역은, 투영 노광에 의해서 해상(解像)되지 않을 정도로 미세한 피치로 배치된 패턴으로 구성되어 있으므로 투과광을 감쇠시켜 반투과로 하고, 또한 투과광의 위상이 상기 광 투과용 개구 패턴을 투과하는 광의 위상과 동일하게 되도록 한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은 첨부의 도면과 관련되어 이해되는 본 발명에 관한 다음 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
(실시예 1)
도 1∼도 3을 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 1에 있어서의 포토마스크에 대하여 설명한다. 이 포토마스크는, 석영 기판과, 그 주 표면을 피복하도록 형성된 후에 패터닝된 Cr 막을 포함하고 있다. 이 포토마스크는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 레지스트막 상에 독립한 미세선의 패턴을 형성하기 위한 미세 암선 이미지 형성부(10)를 포함한다. 이 포토마스크는 차광부(1)와 동상 반투과부(2)와 투과부(3)를 갖는다. 차광부(1)는 Cr 막에 의해서 형성되어 있고, 중앙 차광선부(5)를 포함한다. 도 1의 미세 암선 이미지 형성부(10)를 확대한 곳을 도 2에 나타낸다. 이 포토마스크는, 선 형상으로 연장하는 중앙 차광선부(5)를 사이에 두고 실질적으로 좌우 동일 선폭으로 병렬로 연장되는 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4)과, 이 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4)을 폭 방향의 양측에서 사이에 두도록 배치되는 반투과 영역인 동상 반투과부(2)를 갖는다.
반투과 영역으로서의 동상 반투과부(2)는, 구체적으로는 도 2에 도시하는 바와 같이, 투영 노광에 의해서 해상되지 않을 정도로 미세한 피치로 배치된 미세 패턴의 집합으로 구성되어 있다. 미세 패턴은 투영 노광에 의해서 해상되지 않을 정도로 미세한 피치로 배치된 것이면 특별히 한정은 하지 않지만, 투사하는 광의 파장을 λ, 반투과 영역의 개구율을 NA로 한 때에, 반투과 영역은, p<0.5×λ/NA라는 관계를 만족시키는 것 같은 피치 p로 기본 패턴이 반복하는 것에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 도 2는 그와 같은 조건을 만족하는 기본 패턴이 정사각형의 차광부인 예를 나타내고 있다. 이 예에서는 정사각형의 차광부는, 중앙 차광선부 (5)와 마찬가지로 석영 기판 상에 형성된 Cr 막을 패터닝함으로써 형성되어 있다. 즉, 반투과 영역은 작은 피치 p의 차광 패드 패턴의 어레이로 형성되어 있다. 이 피치 p는 충분히 작아 0차 이외의 회절광이 투영 광학계를 투과할 수 없기 때문에, 단지 광을 감쇠하는 작용을 미치게 한다. 이 때문에, 이 반투과 영역을 투과한 광은 감쇠되고, 또한 광 투과용 개구 패턴(4)을 투과한 광과 동 위상으로 된다. 반투과 영역으로서의 동상 반투과부(2)는, 광의 투과율이 10% 이상 50% 이하가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하다.
도 2에서는 반투과 영역의 기본 패턴이 정사각형인 예를 나타내었지만, 기본 패턴은 정사각형에 한하지 않고 대략 직사각형이더라도 좋다. 또는, 선 형상이더라도 좋다. 기본 패턴이 선 형상인 예를 도 3에 나타낸다. 기본 패턴이 정사각형인 경우, 반투과 영역은, 투과부 중에 미소한 정사각형의 차광부를 배열하는 형식에 한하지 않고, 차광부 중에 미소한 정사각형의 개구부를 배열하는 형식이더라도 좋다.
다시 도 2를 참조하여 설명을 계속한다. 미세선의 패턴을 형성하는 부분은, 중앙 차광선부(5)이며, 그 선폭은 W2로 되어 있다. W2의 값은, 형성하도록 하는 레지스트 패턴의 치수, 노광량에 의해 다르지만, 노광 파장을 λ, 투영 노광 광학계의 개구수를 NA로 하여, W2>0.25×λ/NA의 관계를 만족시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 중앙 차광선부(5)의 양측에 배치되는 광 투과용 개구 패턴(4)(「명선부(明線部)」라고도 함)의 선폭은 W1이다. 이 선폭 W1은 0.25×λ/NA<W1<0.75×λ/NA를 만족시키는 것이 바람직하다.
또한, 광 투과용 개구 패턴(4)의 양편에는, 상술한 바와 같은 성질을 갖는 반투과 영역으로서의 동상 반투과부(2)가 배치되지만, 동상 반투과부(2)의 폭은 W4로 되어 있다. 이 선폭 W4는, W4>0.75×λ/NA를 만족시키는 것이 바람직하다.
상술의 조건을 만족하는 패턴 배치 즉 W1=170㎚, W2=85㎚, W4=400㎚의 포토마스크를 σout/in=0.80/0.60의 4중극 조명에 의해 조명하고, 파장 248㎚, 개구수 NA=0.85의 투영 노광계에 의해 결상했을 때의 광학 이미지의 강도 분포를 계산에 의해 구했다. 도 4는, 이 광학 이미지를, 상대 광 강도를 세로축에 잡고, 패턴의 중심으로부터 좌우로의 거리를 가로축에 잡아 나타내는 그래프이다. 포커스를 변화시켜, 각각의 경우에 대하여 상대 광 강도의 분포를 나타내고 있다. 「포커스」란, 결상면에 수직인 방향에 대한 초점으로부터의 공간적인 거리를 의미한다.
도 4의 그래프로부터는, 이 포토마스크에 의해서 중앙 차광선부(5)에 대응하는 위치에 날카로운 암선 이미지가 형성되고, 또한, 이 암선 이미지의 최암부(81)에 있어서의 광 강도는, 포커스의 변화에 대하여 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 포토마스크의 반투과 영역인 동상 반투과부(2)에 대응하는 영역 내에서는 극소부(82)에 있어서 광 강도가 최소로 되지만, 극소부(82)에서의 광 강도는 상기 암선 이미지의 최암부(81)에서의 광 강도의 4배 이상으로 되어 있다. 따라서, 최암부(81)에서의 광 강도와, 극소부(82)에서의 광 강도와의 차를 고려하여 노광량을 적당히 고르면, 1개의 레지스트 패턴이 최암부(81) 주위에 형성되면서, 그 이외의 영역에서는 레지스트가 남지 않도록 하는 것이 가능하다.
또한, 레지스트 패턴의 해상에 필요한 상질(像質) 조건은, 패턴 에지에서의 노광 에너지가 최암점에서의 노광 에너지의 2배 정도 이상으로 되어 있는 것이다. 이 예에서는 도 4에 도시되는 바와 같이, 최암부(81)에서의 상대 광 강도는 대략 0.05이기 때문에, 상대 광 강도 0.1이 패턴 에지로서 해상을 위해 필요한 최소 상대 광 강도로 된다. 여기서 상대 광 강도란, 파장에 비해서 충분히 큰 개구 패턴의 중앙에 입사되는 광의 강도를 1로서 규격화한 광 강도이다. 또한, 레지스트 패턴 에지에서의 노광 에너지(하기의 노광량과 레지스트 패턴 에지에서의 상대 광 강도와의 곱)는, 레지스트의 종류 및 두께가 결정되면 패턴에 상관없이 거의 일정하다. 이상으로부터, 상대 광 강도가 Is로 되는 등고선에서 레지스트 패턴 에지가 형성될 때, 파장에 비해서 충분히 큰 개구에서의 노광 에너지는 레지스트 에지에서의 노광 에너지의 1/Is배로 된다. 반대로, 상대 광 강도 Is의 등고선에 거의 일치하도록 레지스트 패턴을 형성하고자 할 때에는, 파장에 비해서 큰 개구의 중앙의 노광 에너지를 레지스트 에지에서의 노광 에너지의 1/Is배라고 하면 좋다. 통상, 노광기에서의 노광시의 레지스트로의 입사 에너지량의 크기는, 파장에 비해서 충분히 큰 개구 패턴에 있어서의, 단위 면적 입사 에너지로 정의되고, 「노광량」이라고 불린다. 즉, 노광량을, 레지스트 패턴 에지에서의 노광 에너지를 상대 광 강도 Is로 나눈 것으로 함으로써, 광학 이미지 강도 분포에 있어서의 상대 강도가 Is의 등고선에 거의 일치하는 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
예컨대, 패턴 에지에서의 상대 광 강도가 O.1이라는 것은, 미세 암선 이미지 형성부(10)의 외측의 넓은 개구부에 공급된 노광 에너지는, 패턴 에지에서의 노광 에너지에 비해서 1/0.1=10배로 된다. 반대로, 최소 해상 패턴을 형성해야 하는, 상대 광 강도가 O.1의 위치를 패턴 에지로 하기 위해서는, 노광량을 패턴 에지에서의 노광 에너지의 10배로 하면 좋다. 이 때의 패턴 치수 CD는, 도 4에 있어서의 구간(83)의 폭, 즉 1OO㎚보다 작은 값으로 되는 것을 알 수 있다.
도 5에는, 패턴 에지 광 강도 Is를 변화시켜, 즉 노광량을 변화시켜, 각각의 경우에 있어서의 패턴 치수 CD의 변화를 나타낸다. 도 5에서는, 포커스를 가로축에 잡고, 패턴 치수 CD를 세로축에 잡고 있다. 예컨대, Is가 0.130의 경우, 대략 90㎚ 폭의 선 패턴이 초점심도 0.4㎛ 이상에서 형성되는 것을 알 수 있다. 이 성능은 2중 노광으로 패턴을 형성하는 종래 법에 필적하는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래는 2중 노광이 필요하던 미세선 패턴 형성이, 1회의 노광으로 가능해져, 제조 비용의 대폭적인 저감이 달성된다. 또한, 프로세스 설계 상에서도 2중 노광에 의한 피복에 기인하는 패턴 치수의 변동을 고려할 필요가 없어져, 이른바 광근접효과보정(optical proximity correction:OPC)이 각별히 간편화된다.
본 실시예에서는, 0.25×λ/NA<W1<0.75×λ/NA를 만족시키므로 우수한 포커스 특성을 얻을 수 있다. 본 실시예에서는, W2>0.25×λ/NA의 관계를 만족시킴으로써 이미지가 지나치게 밝아지는 것을 방지할 수 있어, 1회의 노광으로 미세선 패턴을 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, W4>0.75×λ/NA를 만족시킴으로써 한 쌍의 명선부가 다른 명선부에서 영향을 받지 않고 한 쌍의 명선부의 사이에 우수한 특성의 암선 이미지를 작성할 수 있다.
광 투과용 개구 패턴(4)과 인접하는 다른 쌍의 광 투과용 개구 패턴 사이의 간격을 W3라고 하면, W3>0.75×(λ/NA)의 관계가 만족되는 것이 바람직하다. 이 관계가 만족되고 있지 않으면, 다른 쌍의 광 투과용 개구 패턴과 너무 접근하고 있는 것으로 되어, 명선부끼리의 사이에 우수한 암선 이미지를 작성할 수 없게 되기 때문이다.
광 투과용 개구 패턴의 길이 L은, L>1.3×(λ/NA)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 한 쌍의 명선부의 사이에 우수한 암선 이미지를 생기게 하기 위해서는 적어도 이 정도의 길이가 필요하기 때문이다.
(실시예 2)
도 6을 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 2에 있어서의 포토마스크에 대하여 설명한다. 이 포토마스크는, 석영 기판과, 그 주 표면을 피복하도록 형성된 후에 패터닝된 MoSi 산 질화막을 포함하고 있다. 이 포토마스크는, 독립한 미세선의 레지스트 패턴을 형성하기 위한 미세 암선 이미지 형성부를 포함한다. 이것들의 위치 관계는, 도 1에 나타낸 것과 마찬가지이다. 도 6은 이 포토마스크의 미세 암선 이미지 형성부를 확대 표시한 것이다. 도 6에 있어서의 W1, W2, W4의 바람직한 조건은 실시예 1에서 설명한 것과 동일하다. 반투과 영역의 투과율은 10% 이상 50% 이하의 범위 내이다.
이 포토마스크에 있어서 석영 기판의 주 표면 상에 형성된 MoSi 산 질화막은, 광의 투과율이 6%이며, 또한 MoSi 산 질화막이 존재하지 않는 부분의 투과광에 비해서 MoSi 산 질화막을 투과한 광은 위상이 180° 어긋나도록 설정되어 있다. 이 설정은 MoSi 산 질화막의 두께를 적절히 조정함으로써 실행된다. 도 6에 나타낸 패턴은 모두 이 MoSi 산 질화막을 패터닝함으로써 형성된 것이다. 이 포토마스크는, 선 형상으로 연장하는 중앙 차광선부(5h)를 사이에 두고 실질적으로 좌우 동일 선폭으로 병렬로 연장되는 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4h)과, 이 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4h)을 폭 방향의 양측에서 사이에 두도록 배치되는 반투과 영역인 동상 반투과부(2h)를 갖는다. 반투과 영역인 동상 반투과부(2h)는 피치 p의 패드 패턴의 어레이로 형성되어 있다. 이 피치 p는 충분히 작아 0차 이외의 회절광이 투영 광학계를 투과할 수 없기 때문에, 광을 감쇠하는 작용을 한다. 또한, 패드의 사이즈의 조정에 의해, 투과광의 위상이 변화하지 않도록 할 수 있기 때문에, 그와 같이 하고 있다. 본 실시예에 있어서의 패드의 피치 p는 1OO㎚, 패드의 형상은 정사각형으로, 사이즈는 70㎚×70㎚이다.
상술의 조건을 만족하는 패턴 배치 즉 W1=170㎚, W2=100㎚, W4=300㎚의 포토마스크를 σout/in=0.80/0.60의 4중극 조명에 의해 조명하고, 파장 248㎚, 개구수 NA=0.85의 투영 노광계에 의해 결상했을 때의 광학 이미지의 강도 분포를 계산에 의해 구했다. 도 7은, 도 4와 마찬가지로 이 광학 이미지의 상대 광 강도를 세로축에 잡고, 패턴의 중심으로부터 좌우로의 거리를 가로축에 잡아서 나타내는 그래프이다. 포커스를 변화시켜, 각각의 경우에 대하여 상대 광 강도의 분포를 나타내고 있다.
도 7의 그래프로부터는, 이 포토마스크에 의해서 중앙 차광선부(5h)에 대응하는 위치에 날카로운 암선 이미지가 형성되고, 또한, 이 암선 이미지의 최암부 (81h)에서의 광 강도는, 포커스의 변화에 대하여 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 포토마스크의 반투과 영역으로서의 동상 반투과부(2h)에 대응하는 영역 내에서는 극소부(82h)에서 광 강도가 최소로 되어 있지만, 극소부(82h)에서의 광 강도는 상기 암선 이미지의 최암부(81h)에서의 광 강도의 8배 이상으로 되어 있다. 따라서, 최암부(81h)에서의 광 강도와, 극소부(82h)에서의 광 강도와의 차를 고려하여 노광량을 적당히 고르면, 1개의 레지스트 패턴이 최암부(81h) 주위에 형성되고, 그 이외의 영역에서는 레지스트가 남지 않도록 하는 것이 가능하다. 따라서, 이 1장의 마스크만으로 노광을 끝내는 것이 가능하게 된다.
또한, 패턴 해상에 필요한 상질 조건은, 패턴 에지에서의 노광 에너지가 최암점에서의 노광 에너지의 2배 정도 이상인 것이기 때문에, 도 7로부터 상대 광 강도 0.05가 해상 최소 패턴 에지 광 강도로 된다. 패턴 에지에서의 노광 에너지는, 레지스트의 종류 및 두께가 결정되면 패턴에 관계없이 거의 일정하다. 패턴 에지 광 강도가 O.05라는 것은, 미세 암선 이미지 형성부의 외측의 넓은 개구부에 공급되는 노광 에너지 즉 노광량은, 패턴 에지에서의 노광 에너지에 비해서 1/0.05=20배이기 때문에 패턴 에지 광 강도가 레지스트의 해상에 필요한 정도의 크기로 되기 위해서는, 패턴 에지에서의 노광 에너지의 20배 또는 그 이하의 노광량으로 하면 좋다. 노광량이 패턴 에지에서의 노광 에너지의 20배 일 때에, 최소 해상 패턴이 얻어진다. 이 때의 패턴 치수 CD는, 도 7에 있어서의 최암부(81h)의 상대 광 강도를 2배 한 상대 광 강도로 얻어지는 구간(83h)의 폭, 즉 60㎚ 정도의 것으로 된다.
도 8에는, 패턴 에지 광 강도 Is, 즉 노광량을 여러 가지 상정하여, 각각의 경우에 있어서의 패턴 치수 CD의 변화를 나타낸다. 도 8로부터는, 예컨대 Is가 0.050인 경우, 대략 60㎚ 폭의 선 패턴이 초점심도 0.4㎛ 이상으로 형성되는 것을 알 수 있다. 이 성능은 2중 노광으로 형성하는 종래 법과 동등 이상인 것이다.
(실시예 3)
도 9를 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 3에 있어서의 포토마스크에 대하여 설명한다. 이 포토마스크는, 선 형상으로 연재하는 차광부인 중앙 차광선부(5i)를 사이에 두고 실질적으로 좌우 동일 선폭으로 병렬로 연장되는 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4i)과, 이 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4i)을 폭 방향의 양측에서 사이에 두도록 배치되는 반투과 영역인 동상 반투과부(2i)를 갖는다. 광 투과용 개구 패턴(4i)과 반투과 영역은 투명 기판(13) 상에 마련되어 있다. 광 투과용 개구 패턴(4i)은 투명 기판(13)의 표면이 파인 오목부(14)로 되어 있다. 반투과 영역은 투명 기판(13)의 표면을 MoSi 산 질화막으로 형성된 하프톤 위상 시프트막(11)으로 덮은 구조로 되어 있다. 하프톤 위상 시프트막(11)의 두께 및 재질은, 이 막을 투과한 노광광의 위상이, 막이 존재하지 않는 개구 투과부를 투과한 노광광의 위상에 대하여 반(反) 위상이 되도록 정해져 있다. 오목부(14)의 깊이는, 반투과 영역을 투과한 광이 광 투과용 개구 패턴(4i)을 투과한 광과 동 위상으로 되는 것 같은 관계를 만족시키고 있다.
중앙 차광선부(5i)는 선폭 W2로 되어 있다. 중앙 차광선부(5i)는 밑에서부터 순서대로, MoSi 산 질화막으로 형성된 하프톤 위상 시프트막(11), Cr로 형성된 완전 차광막(12)이 적층된 것으로 되어 있다. 선폭의 값 W2는 형성하는 레지스트 패턴의 치수, 노광량에 의해 다르지만, 노광 파장을 λ, 투영 노광 광학계의 개구수를 NA로 하고, W2>0.25×λ/NA로 하는 것이 바람직하다.
광 투과용 개구 패턴(4i)의 선폭 W1은 0.25×λ/NA<W1<0.75×λ/NA를 만족시키는 선폭이다. 반투과 영역으로서의 동상 반투과부(2i)는 선폭 W4로 배치되어 있다. 동상 반투과부(2i)는 투명 기판(13) 상에 하프톤 위상 시프트막(11)이 형성된 구조로 되어 있다. 또한, 하프톤 위상 시프트막(11)의 투과율은 10∼50%의 범위에 있는 것이 바람직하고, 이 예에서는 투과율은 20%이다. 또한, 이 선폭의 값 W4는, W4>0.75×λ/NA를 만족시키는 선폭인 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서의 포토마스크는, 실시예 1에서의 포토마스크와 완전히 동일한 광학적 구성으로 되기 때문에, 광학 이미지의 강도 분포는 도 4에 나타낸 것과 마찬가지로 되고, 패턴 치수 CD의 포커스에 의한 변화 특성은 도 5에 나타낸 것과 마찬가지로 된다. 본 실시예에 있어서도 실시예 1, 2에서 설명한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 동상 반투과부(2i)로서 투명 기판(13) 상에 하프톤 위상 시프트막(11)을 포갠 구조를 채용하고 있기 때문에, 투영 노광에 의해서 해상되지 않을 정도의 미세한 패턴을 필요로 하는 실시예 1, 2에 비해서, 동등의 성능을 발휘하는 것을 큰 치수의 패턴만으로 구성할 수 있다. 또한, 동상 반투과부(2i)에 미세한 피치에서의 기본 패턴의 반복을 쓰는 것은 아니기 때문에, 동상 반투과부(2i)의 평면 형상이 단순한 직사각형으로 표현할 수 없는 복잡한 형상인 경우에도, 동상 반투과부(2i)를 기본 패턴의 반복으로 무리하게 분해하는 일 없이 자유롭게 배치할 수 있다.
또, W1, W2, W3, W4의 바람직한 조건이 가져오는 효과에 대해서는, 실시예 2, 3에 있어서도 실시예 1에서 설명한 것과 동일한 것을 말할 수 있다.
(실시예 4)
도 10∼도 12를 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 4에 있어서의 반도체 장치의 패턴의 형성 방법에 대하여 설명한다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 대상물(110)의 표면에 미리 포토레지스트층(111)을 형성해 놓는다. 대상물(110)은, 설명의 편의상 정리하여 하나의 층인 것처럼 표시하고 있지만 통상은 최상면에 패터닝해야 할 층을 갖는 몇 개의 기판이다. 패터닝해야 할 층은 예컨대 도전층으로서 좋지만, 도 10에서는 자세하게는 도시하지 않는다.
본 실시예에 있어서의 「반도체 장치의 패턴의 형성 방법」은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 대상물(110)의 표면에 미리 형성된 포토레지스트층(111)에 대하여, 상기 실시예 1∼3중 어느 하나에서 설명한 포토마스크를 거쳐서 광을 조사하여, 소망의 패턴을 투영시킴으로써, 포토레지스트층(111)을 부분적으로 노광시키는 공정을 포함한다. 도 11에서는, 일례로서 실시예 1에서 설명한 포토마스크를 거쳐서 광을 조사하고 있다. 따라서 이 포토마스크는 석영 기판(113)의 표면에 Cr 막(114)에 의해서 형성된 것이다.
이와 같이 노광시키는 공정을 실행하는 것에 의해, 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4) 사이의 중앙 차광선부(5)에 대응하는 영역에 미세한 암선 이미지를 양호하게 생기게 하고, 또한 다른 영역은 포토레지스트층을 충분히 노광시킬 수 있다. 그 결과, 포토레지스트층(111)은 도 11에 도시하는 바와 같이, 중앙 차광선부(5)에 대응하는 영역에 미노광부(111a)를 남기고, 다른 영역은 기노광부(旣露光部)(111b)로 된다. 이렇게 해서, 현상함으로써, 도 12에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트로 이루어지는 선 형상 패턴(112)을 미세한 폭으로 선 형상으로 남길 수 있다. 즉, 2장의 마스크를 사용하지 않더라도 이 1장의 마스크에 의한 노광만으로 끝낼 수 있다. 이렇게 하여 얻어지는 미세한 선 형상 패턴(112)을 이용하여 에칭 등을 실행하면 도전층 등의 미세한 패턴을 형성할 수 있다.
도 11에 나타내는 노광시키는 공정에서, 포토마스크의 주된 개구부, 즉 파장에 비해서 충분히 큰 개구부에 조사되는 광의 에너지는, 포토레지스트층(111)이 현상액에 대하여 용해성으로부터 불용해성으로 되는 노광 에너지 또는 현상액에 대하여 불용해성으로부터 용해성으로 되는 노광 에너지의 3배 이상 20배 이하인 것이 바람직하다. 또, 상기 개구부의 개구폭은 노광 파장의 10배 이상인 것이다. 이 정도의 에너지로 광을 조사하고 있으면, 중앙의 선 형상 영역 이외를 정확하게 노광할 수 있다.
도 11에 나타내는 노광시키는 공정에서, 포토마스크로의 조명광의 입사각을 θ, 투영 광학계의 개구수를 NAo, 축소 투영 배율을 1/R(단 R>1)로 한 때에, 0.5<(sinθ)/(NAo×R)<0.9의 관계가 만족되는 사입사 조명을 이용하는 것이 바람직 하다. 이렇게 함으로써, 포커스 특성이 향상하여, 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있게 된다. 여기서 말하는 사입사 조명은, 도 13에 나타내듯이 포토마스크의 X, Y 좌표축에 평행인 방향으로부터 입사하는 크로스폴 조명인 것이 바람직하다. 도 13의 해칭을 부여한 영역이 조명의 존재 범위를 나타낸다. 이러한 조명을 이용하면, X축, Y축과 45°를 이루는 경사 방향으로 선 형상 패턴이 연장하는 것이 많은 것 같은 반도체 장치의 패턴의 형성에 유리해진다.
또는, 사입사 조명은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 포토마스크의 X, Y 좌표축에 45°를 이루는 방향으로부터 입사하는 4중극 조명인 것이 바람직하다. 이러한 조명을 이용하면, X축, Y축에 평행하게 선 형상 패턴이 연장하는 것이 많은 것 같은 반도체 장치의 패턴의 형성에 유리해진다.
또는, 사입사 조명은, 도 15에 도시하는 바와 같이, 포토마스크의 평면에 대하여 360° 등방(等方)으로 입사하는 고리형 조명인 것이 바람직하다. 이러한 조명을 이용하면, 광의 입사가 등방적으로 되어 각종 패턴에 범용적으로 사용할 수 있다.
본 실시예에서는, 반도체 장치의 패턴의 형성 방법으로서 설명했지만, 본 발명은 반도체 장치의 제조 방법으로도 할 수 있는 것이다. 본 실시예에 있어서의 반도체 장치의 제조 방법은, 상술한 바와 같은 「노광시키는 공정」 외에, 노광된 상기 포토레지스트층을 현상하여 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 공정과, 패터닝된 상기 포토레지스트층을 마스크로 하여, 상기 대상물을 에칭하는 것에 의해, 선 형상 패턴을 형성하는 공정을 포함한다.
(실시예 5)
도 1, 도 2, 도 12, 및 도 16∼도 19를 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 5에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법에 대하여 설명한다. 도 16은 장치 설계상에서 요구되는 설계 패턴 레이아웃을 나타내고 있다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 이 예에 있어서의 설계 패턴 레이아웃은, 실시예 1∼3에 나타낸 기술을 적용하여 형성하는 것이 필요한 미세 고립선부(115)와, 치수가 커서 실시예 1∼3에 나타낸 기술의 적용이 반드시 필요하지 않은, 미세 고립선부(115) 이외의 부분으로 구성되어 있다. 미세 고립선부(115)는 도 12에 나타낸 선 형상 패턴(112)에 대응한다.
본 실시예에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법으로서, 실시예 1의 기술을 적용할 때의 마스크 패턴의 생성 방법을 설명한다. 설계 패턴 레이아웃으로부터, 미세선 도형 부분만을 추출한다. 추출한 부분에 대하여, 선폭을 크게 함으로써, 선폭 W2로 하고, 미세선 패턴의 형성에 필요한 중앙 차광선부(5)의 도형을 발생시킨다. 설계 패턴 레이아웃 중 미세선 도형 부분 이외의 부분에 대해서도, 필요한 리사이즈(치수 변경)를 실행한다. 이상의 도형 처리에 의해, 도 17에 도시하는 바와 같이 마스크에 있어서의 차광부(1)가 생성된다. 차광부(1) 및 중앙 차광선부(5)는 실시예 1의 기술에 있어서 도 1에 나타낸 것에 각각 대응한다.
다음에, 실시예 1에 있어서의 동상 반투과부(2)(도 2 참조)에 대응하는 마스크 패턴으로서, 길이가 중앙 차광선부(5)에 거의 동일하고, 폭이 실시예 1에서의 W4로 한 직사각형 영역(116)을 작성한다. 다음에, 이 직사각형 영역(116)을, 중앙 차광선부(5)의 에지로부터, 실시예 1에서의 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4)의 폭인 W1의 간격을 열어, 중앙 차광선부(5)와 평행하게, 중앙 차광선부(5)의 폭 방향의 양측에 배치한다. 이렇게 해서 도 18에 나타내는 마스크 패턴을 얻을 수 있다.
다음에, 도 18에 있어서의 직사각형 영역(116)의 내부의 마스크 패턴에 대하여 설명한다. 도 19는 직사각형 영역(116)의 내부의 패턴을 확대하여 나타내는 것이다. 직사각형 영역(116)은, 실시예 1에 기재한 바와 같이, 적용하는 투영 노광계에서는 해상할 수 없는 미세한 피치로, 직사각형의 차광부가 정방 격자 형상으로 배치된 것이다.
이들 마스크를 구성하는 패턴을 상술한 순서로 생성 배치함으로써, 실시예 1의 기술을 적용하기 위한, 마스크 패턴(도 18 참조)이 생성된다. 또, 기재한 마스크를 구성하는 패턴 이외의 부분은 차광막이 제거된 광 투과부로 된다.
또, 상술한 바와 같이 마스크 패턴을 생성한 후, 이 기술분야에서는 일반적인 수법이지만, 또한, 광근접효과보정(OPC) 소프트웨어를 사용하여, 마스크 패턴 에지 위치의 미소한 조정이 행하여진다.
본 실시예에 있어서의, 마스크 패턴의 생성 방법은 이상과 같이 실시되기 때문에, 장치의 설계 패턴 레이아웃으로부터, 표준적인 레이아웃 설계용의 CAD 소프트웨어를 사용하는 것으로, 자동적으로 발생시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 남의 손을 거쳐서 마스크 패턴을 생성할 필요가 없고, 마스크 패턴 생성에 필요한 비용의 대폭적인 저감이 가능해진다.
(실시예 6)
도 1, 도 6, 도 12, 도 16, 및 도 20∼도 22를 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 6에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법에 대하여 설명한다. 도 16은 장치 설계 상에서 요구되는 설계 패턴 레이아웃을 나타내고 있다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 이 예에 있어서의 설계 패턴 레이아웃은, 실시예 1∼3에 나타낸 기술을 적용하여 형성하는 것이 필요한 미세 고립선부(115)와, 치수가 커서 실시예 1∼3에 나타낸 기술의 적용이 반드시 필요하지 않은, 미세 고립선부(115) 이외의 부분으로 구성되어 있다. 미세 고립선부(115)는 도 12에 나타낸 선 형상 패턴(112)에 대응한다.
본 실시예에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법으로서, 실시예 2의 기술을 적용할 때의 마스크 패턴의 생성 방법을 설명한다. 설계 패턴 레이아웃으로부터, 미세선 도형 부분만을 추출한다. 추출한 부분에 대하여, 선폭을 크게 함으로써, 선폭 W2로 하여, 미세선 패턴의 형성에 필요한 중앙 차광선부(5h)의 도형을 발생시킨다. 설계 패턴 레이아웃 중 미세선 도형 부분 이외의 부분에 대해서도, 필요한 리사이즈(치수 변경)를 실행한다. 이상의 도형 처리에 의해, 도 20에 도시하는 바와 같이, 마스크에 있어서의 차광 패턴이 생성된다. 중앙 차광선부(5h)는 실시예 2의 기술에 있어서 도 6에 나타낸 것에 대응한다.
다음에, 실시예 2에 있어서의 동상 반투과부(2h)(도 6 참조)에 대응하는 마스크 패턴으로서, 길이가 중앙 차광선부(5h)와 거의 동일하고, 폭이 실시예 2에서의 W4로 한 직사각형 영역(116h)을 작성한다. 다음에, 이 직사각형 영역(116h)을, 중앙 차광선부(5h)의 에지로부터, 실시예 2에 있어서의 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4h)의 폭인 W1의 간격을 열어, 중앙 차광선부(5h)와 평행하게, 중앙 차광선부(5h)의 폭 방향의 양측에 배치한다. 이렇게 해서 도 2l에 나타내는 마스크 패턴을 얻을 수 있다.
다음에, 도 21에서의 직사각형 영역(116h)의 내부의 마스크 패턴에 대하여 설명한다. 도 22는 직사각형 영역(116h)의 내부의 패턴을 확대하여 나타내는 것이다. 직사각형 영역(116h)은, 실시예 2에 기재한 바와 같이, 적용하는 투영 노광계에서는 해상할 수 없는 미세한 피치로, 직사각형의 하프톤 위상 시프트 패턴이 정방 격자 형상으로 배치된 것이다.
이들 마스크를 구성하는 패턴을 상술한 순서로 생성 배치하는 것으로, 실시예 2의 기술을 적용하기 위한, 마스크 패턴(도 21 참조)이 생성된다. 또, 기재한 마스크를 구성하는 패턴 이외의 부분은 하프톤 위상 시프트막이 제거된 광 투과부로 된다.
또, 상술한 바와 같이 마스크 패턴을 생성한 후, 이 기술분야에서는 일반적인 수법이지만, 또한, 광근접효과보정(OPC) 소프트웨어를 사용하여, 마스크 패턴 에지 위치의 미소한 조정이 행하여진다.
본 실시예에 있어서의, 마스크 패턴의 생성 방법은 이상과 같이 실시되기 때문에, 장치의 설계 패턴 레이아웃으로부터, 표준적인 레이아웃 설계용의 CAD 소프트웨어를 사용함으로써, 자동적으로 발생시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 남의 손을 거쳐서 마스크 패턴을 생성할 필요가 없고, 마스크 패턴 생성에 필요한 비용 의 대폭적인 저감이 가능해진다.
(실시예 7)
도 1, 도 2, 도 12, 도 16, 및 도 23∼도 25를 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 7에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법에 대하여 설명한다. 도 16은 장치 설계 상에서 요구되는 설계 패턴 레이아웃을 나타내고 있다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 이 예에 있어서의 설계 패턴 레이아웃은, 실시예 1∼3에 나타낸 기술을 적용하여 형성하는 것이 필요한 미세 고립선부(115)와, 치수가 커서 실시예 1∼3에 나타낸 기술의 적용이 반드시 필요하지 않은, 미세 고립선부(115) 이외의 부분으로 구성되어 있다. 미세 고립선부(115)는, 도 12에 나타낸 선 형상 패턴(112)에 대응한다.
본 실시예에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법으로서, 실시예 1의 기술을 적용할 때의, 실시예 5와는 다른 마스크 패턴의 생성 방법을 설명한다. 설계 패턴 레이아웃으로부터 미세선 도형 부분만을 추출한다. 추출한 부분에 대하여, 선폭을 크게 함으로써 선폭 W2로 하여, 미세선 패턴의 형성에 필요한 중앙 차광선부(5)의 도형을 발생시킨다. 설계 패턴 레이아웃 중 미세선 도형 부분 이외의 부분에 대해서도, 필요한 리사이즈(치수 변경)를 실행한다. 이상의 도형 처리에 의해, 도 23에 나타내는 바와 같이 마스크에 있어서의 차광부(1)가 생성된다. 차광부(1) 및 중앙 차광선부(5)는 실시예 1의 기술에 있어서 도 1에 나타낸 것에 각각 대응한다.
다음에, 실시예 1의 기술에 있어서의 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4)(도 2 참조)에 대응하는 마스크 패턴으로서, 길이가 중앙 차광선부(5)와 거의 동일하고, 폭을 실시예 1에서의 W1로 한 선 형상 패턴(117)을 작성한다. 다음에, 미세선 도형 부분 이외의 차광 도형의 외주에 W1에 가까운 폭의 패턴(118)을 배치한다. 이렇게 해서 도 24에 나타내는 마스크 패턴을 얻을 수 있다.
다음에, 상술의 차광부(1), 선 형상 패턴(117) 및 패턴(118)을 둘러싸는 모든 영역을, 실시예 1의 기술에 있어서의 동상 반투과부(2)(도 2 참조)로 한다. 즉, 차광부(1), 선 형상 패턴(117) 및 패턴(118)을 둘러싸는 모든 영역에, 실시예 1에 기재한 바와 같이, 적용하는 투영 노광계에서는 해상할 수 없는 미세한 피치로, 미세한 차광 패턴을 배치한다. 이 때, 배치되는 미세한 차광 패턴의 형상은, 점유면적율이 거의 일정값이면, 정사각형일 필요는 없고, 직사각형 또는 임의의 형상으로 해도 좋다. 또한, 배치 피치는 투영 노광계에서 해상할 수 없을 정도로 미세하다고 하는 조건을 만족시키고 있으면, 영역 내의 부위에 따라 동일하지 않아도 좋다. 이렇게 해서 도 25에 나타내는 마스크 패턴이 얻어진다. 이와 같이, 패턴을 배치함으로써, 차광부(1), 선 형상 패턴(117) 및 패턴(118)을 둘러싸는 모든 영역을, 실시예 1의 기술에 있어서의 동상 반투과부(2)(도 2 참조)로 할 수 있다.
이들 마스크를 구성하는 패턴을 상술한 순서로 생성 배치함으로써, 실시예 1의 기술을 적용하기 위한, 마스크 패턴(도 25 참조)이 생성된다.
또, 상술한 바와 같이 마스크 패턴을 생성한 후, 이 기술분야에서는 일반적인 수법이지만, 광근접효과보정(OPC) 소프트웨어를 사용하여, 마스크 패턴 에지 위치의 미소한 조정이 더 행해진다.
본 실시예에 있어서의, 마스크 패턴의 생성 방법은 이상과 같이 실시되기 때문에, 장치의 설계 패턴 레이아웃으로부터, 표준적인 레이아웃 설계용의 CAD 소프트웨어를 사용하는 것으로, 자동적으로 발생시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 남의 손을 거쳐서 마스크 패턴을 생성할 필요가 없고, 마스크 패턴 생성에 필요한 비용의 대폭적인 저감이 가능해진다.
(실시예 8)
도 1, 도 6, 도 12, 도 16, 및 도 26∼도 28을 참조하여, 본 발명에 근거하는 실시예 8에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법에 대하여 설명한다. 도 16은 장치 설계 상으로부터 요구되는 설계 패턴 레이아웃을 나타내고 있다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 이 예에서의 설계 패턴 레이아웃은, 실시예 1~3에 나타낸 기술을 적용하여 형성하는 것이 필요한 미세 고립선부(115)와, 치수가 커서 실시예 1∼3에 나타낸 기술의 적용이 반드시 필요하지 않은, 미세 고립선부(115) 이외의 부분으로 구성되어 있다. 미세 고립선부(115)는 도 12에 나타낸 선 형상 패턴(112)에 대응한다.
본 실시예에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법으로서, 실시예 2의 기술을 적용할 때의, 실시예 6과는 다른 마스크 패턴의 생성 방법을 설명한다. 설계 패턴 레이아웃으로부터, 미세선 도형 부분만을 추출한다. 추출한 부분에 대하여, 선폭을 크게 함으로써, 선폭 W2로 하여, 미세선 패턴의 형성에 필요한 중앙 차광선부(5h)의 도형을 발생시킨다. 설계 패턴 레이아웃 중 미세선 도형 부분 이외의 부분 에 대하여도, 필요한 리사이즈(치수 변경)를 실행한다. 이상의 도형 처리에 의해, 도 26에 도시하는 바와 같이, 마스크에 있어서의 차광 패턴이 생성된다. 중앙 차광선부(5h)는 실시예 2의 기술에 있어서 도 6에 나타낸 것에 대응한다.
다음에, 실시예 2의 기술에 있어서의 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4h)(도 6 참조)에 대응하는 마스크 패턴으로서, 길이가 중앙 차광선부(5h)와 거의 동일하고, 폭을 실시예 2에서의 W1로 한 선 형상 패턴(117h)을 작성한다. 다음에, 미세선 도형 부분 이외의 차광 도형의 외주에 W1에 가까운 폭의 패턴(118h)을 배치한다. 이렇게 해서 도 27에 나타내는 마스크 패턴을 얻을 수 있다.
다음에, 상술의 차광부(1), 선 형상 패턴(117h) 및 패턴(118h)을 둘러싸는 모든 영역을, 실시예 2의 기술에 있어서의 동상 반투과부(2h)(도 6 참조)로 한다. 즉, 차광부(1), 선 형상 패턴(117h) 및 패턴(118h)을 둘러싸는 모든 영역에, 실시예 2에 기재한 바와 같이, 적용하는 투영 노광계에서는 해상할 수 없는 미세한 피치로 미세한 하프톤 위상 시프트 패턴을 배치한다. 이 때, 배치되는 미세한 하프톤 위상 시프트 패턴의 형상은, 점유 면적율이 거의 일정값이면, 정사각형일 필요는 없고, 직사각형 또는 임의의 도형이라도 좋다. 또한, 배치 피치는 투영 노광계에서는 해상할 수 없을 정도로 미세하다고 하는 조건을 만족시키고 있으면, 영역 내의 부위에 따라 동일하지 않아도 좋다. 이렇게 하여, 도 28에 나타내는 마스크 패턴을 얻을 수 있다. 이와 같이, 패턴을 배치함으로써, 차광부(1), 선 형상 패턴(117h) 및 패턴(118h)을 둘러싸는 모든 영역을, 실시예 2의 기술에 있어서의 동상 반투과부(2h)(도 6 참조)로 할 수 있다.
이들 마스크를 구성하는 패턴을 상술한 순서로 생성 배치함으로써, 실시예 2의 기술을 적용하기 위한, 마스크 패턴(도 28 참조)이 생성된다.
또, 상술한 바와 같이 마스크 패턴을 생성한 후, 이 기술분야에서는 일반적인 수법이지만, 광근접효과보정(OPC) 소프트웨어를 사용하여, 마스크 패턴 에지 위치의 미소한 조정이 더 행해진다.
본 실시예에서의, 마스크 패턴의 생성 방법은 이상과 같이 실시되므로, 장치의 설계 패턴 레이아웃으로부터, 표준적인 레이아웃 설계용 CAD 소프트웨어를 사용함으로써, 자동적으로 발생시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 남의 손을 거쳐서 마스크 패턴을 생성할 필요가 없고, 마스크 패턴 형상에 필요한 비용의 대폭적인 저감이 가능해진다.
(실시예 9)
도 1, 도 9, 도 12, 도 16 및 도 29~도 31을 참조하여, 본 발명에 근거하여 실시예 9에서의 마스크 패턴의 생성 방법에 대하여 설명한다. 도 16은 장치 설계상에서 요구되는 설계 패턴 레이아웃을 나타내고 있다. 도 16에 도시한 바와 같이, 이 예에서의 설계 패턴 레이아웃은, 실시예 1~3에 나타낸 기술을 적용하여 형성하는 것이 필요한 미세 고립선부(115)와, 치수가 커서 실시예 1~3에 나타낸 기술의 적용이 반드시 필요하지 않은, 미세 고립선부(115) 이외의 부분으로 구성되어 있다. 미세 고립선부(115)는 도 12에 나타낸 선 형상 패턴(112)에 대응한다.
본 실시예에 있어서의 마스크 패턴의 생성 방법으로서, 실시예 3의 기술을 적용할 때의, 마스크 패턴의 생성 방법의 하나의 예를 설명한다. 설계 패턴 레이아웃으로부터 미세선 도형 부분만을 추출한다. 추출한 부분에 대하여, 선폭을 크게 함으로써, 선폭 W2로 하고, 미세선 패턴의 형성에 필요한 중앙 차광선부(5i)의 도형을 발생시킨다. 설계 패턴 레이아웃 중 미세선 도형 부분 이외의 부분에 대하여도, 필요한 리사이즈(치수 변경)를 실행한다. 이상의 도형 처리에 의해, 도 29에 도시한 바와 같이 마스크에 있어서의 차광 패턴이 생성된다. 중앙 차광선부(5i)는 실시예 3의 기술에 있어서 도 9에 나타낸 것에 대응한다.
다음에, 실시예 3의 기술에 있어서의 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴(4i)(도 9 참조)에 대응하는 마스크 패턴으로서, 길이가 중앙 차광선부(5i)와 거의 동일하고, 폭을 실시예 3에서의 W1로 한 선 형상 패턴(117i)을 작성한다. 다음에, 미세선 도형 부분 이외의 차광 도형의 외주에 W1에 가까운 폭의 패턴(118i)을 배치한다. 이렇게 해서 도 30에 나타내는 마스크 패턴을 얻을 수 있다. 이것들의 선 형상 패턴(117i)과 패턴(118i)을 합친 영역은, 마스크 제작에 있어서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 석영 기판이 필요한 깊이로 파인 부분으로 된다.
다음에, 상술의 차광부(1), 선 형상 패턴(117i) 및 패턴(118i)을 둘러싸는 모든 영역을, 실시예 3의 기술에 있어서의 동상 반투과부(2i)(도 9 참조)로 한다. 즉, 차광부(1), 선 형상 패턴(117i) 및 패턴(118i)을 둘러싸는 모든 영역에, 실시예 3에 기재한 바와 같이, 투과율이 20%의 하프톤 위상 시프트막 형성부(119i)를 배치한다. 이렇게 해서 도 31에 나타내는 마스크 패턴을 얻을 수 있다.
이들 마스크를 구성하는 패턴을 상술한 순서로 생성 배치하는 것으로, 실시 예 3의 기술을 적용하기 위한, 마스크 패턴(도 31 참조)이 생성된다.
또, 상술한 바와 같이 마스크 패턴을 생성한 후, 이 기술분야에서는 일반적인 수법이지만, 광근접효과보정(OPC) 소프트웨어를 사용하여, 마스크 패턴 에지 위치의 미소한 조정이 행하여진다.
본 실시예에서의 마스크 패턴의 생성 방법은 이상과 같이 실시되기 때문에, 장치의 설계 패턴 레이아웃으로부터, 표준적인 레이아웃 설계용의 CAD 소프트웨어를 사용함으로써, 자동적으로 발생시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 남의 손을 거쳐서 마스크 패턴을 생성할 필요가 없고, 마스크 패턴 생성에 필요한 비용의 대폭적인 저감이 가능해진다.
본 발명을 상세히 설명하여 나타냈지만, 이것은 예시를 위한 것뿐이며, 한정으로 되는 것은 아니며, 발명의 정신과 범위는 첨부의 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이 분명히 이해될 것이다.
본 발명에 의하면, 1장의 마스크에 의한 1회의 노광으로 소망의 패턴을 형성할 수 있다.

Claims (22)

  1. 선 형상으로 연장하는 중앙 차광선부를 사이에 두고 실질적으로 동일 선폭으로 병렬로 연장되는 한쌍의 광 투과용 개구 패턴과,
    상기 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴을 폭 방향의 양측에서 사이에 두도록 배치되는 반투과 영역을 갖고,
    상기 반투과 영역은, 상기 반투과 영역을 투과한 광이, 상기 광 투과용 개구 패턴을 투과한 광과 동 위상으로 되는 성질을 갖고,
    상기 반투과 영역은, 상기 광의 조사에 의해서 해상(解像)되지 않을 정도로 미세한 피치로 배치된 패턴으로 구성되어 있는
    포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    투사하는 광의 파장을 λ, 상기 반투과 영역의 개구율을 NA로 한 때에, 상기 반투과 영역은, p<0.5×λ/NA라는 관계를 만족시키는 피치 p로 기본 패턴이 반복하는 것에 의해 구성되어 있는 포토마스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 패턴은 대략 직사각형 또는 선 형상의 차광부 또는 반투과부인 포토마스크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기본 패턴은 차광부 또는 반투과부에 형성된 대략 직사각형의 개구부인 포토마스크.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 투과용 개구 패턴의 폭 W1은, 0.25×λ/NA<W1<0.75×λ/NA의 관계를 만족시키는 포토마스크.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 중앙 차광선부의 폭 W2는, W2>0.25×λ/NA의 관계를 만족시키는 포토마스크.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 투과용 개구 패턴과 인접하는 다른 쌍의 광 투과용 개구 패턴 사이의 간격 W3은, W3>0.75×(λ/NA)의 관계를 만족시키는 포토마스크.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 투과용 개구 패턴의 길이 L은, L>1.3×(λ/NA)의 관계를 만족시키는 포토마스크.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 반투과 영역의 폭 W4는, W4>0.75×(λ/NA)의 관계를 만족시키는 포토마스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반투과 영역은, 광의 투과율이 10% 이상 50% 이하로 되어 있는 포토마스크.
  11. 선 형상으로 연장하는 차광부를 사이에 두고 실질적으로 동일 선폭으로 병렬 로 연장되는 한 쌍의 광 투과용 개구 패턴과,
    상기 광 투과용 개구 패턴을 폭 방향의 양측에서 사이에 두도록 배치되는 반투과 영역을 갖고,
    상기 광 투과용 개구 패턴과 상기 반투과 영역은 투명 기판 상에 마련되어 있고, 상기 광 투과용 개구 패턴은 상기 투명 기판의 표면이 파인 오목부로 되어 있고, 상기 반투과 영역은 상기 투명 기판의 표면을 위상 시프트막으로 덮은 구조로 되어 있고,
    상기 오목부의 깊이와, 상기 위상 시프트막의 두께 및 재질은, 상기 반투과 영역을 투과한 광이 상기 광 투과용 개구 패턴을 투과한 광과 동 위상으로 되는 관계를 만족시키고 있는
    포토마스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 위상 시프트막은, 광의 투과율이 10% 이상 50% 이하로 되어 있는 포토마스크.
  13. 대상물의 표면에 미리 형성된 포토레지스트층에 대하여, 청구항 1에 기재된포토마스크를 거쳐서 광을 조사하고, 소망의 패턴을 투영시킴으로써 상기 포토레지 스트층을 부분적으로 노광시키는 공정과,
    노광된 상기 포토레지스트층을 현상하여 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 공정과,
    패터닝된 상기 포토레지스트층을 마스크로 하여, 상기 대상물을 에칭함으로써, 선 형상 패턴을 형성하는 공정을 포함하는
    반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 노광시키는 공정에서 상기 포토마스크의 주된 개구부를 통해서 조사되는 광의 에너지는, 상기 포토레지스트층이 현상액에 대하여 용해성으로부터 불용해성으로 되는 노광 에너지 또는 현상액에 대하여 불용해성으로부터 용해성으로 되는 노광 에너지의 3배 이상 20배 이하인 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 노광시키는 공정에서, 상기 포토마스크로의 조명광의 입사각을 θ, 투영 광학계의 개구수를 NAo, 축소 투영 배율을 1/R로 한 때에, 0.5<(sinθ)/(NAo×R)<0.9의 관계가 만족되는 사입사 조명(off-axis illumination)을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 사입사 조명은, 상기 포토마스크의 X, Y 좌표축에 평행한 방향으로부터 입사하는 크로스폴 조명(crosspole illumination)인 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 사입사 조명은, 상기 포토마스크의 X, Y 좌표축에 45°를 이루는 방향으로부터 입사하는 4중극 조명(quadrupole illumination)인 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 사입사 조명은, 상기 포토마스크의 평면에 대하여 360° 등방(等方)으로 입사하는 고리형 조명(annular illumination)인 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 설계 패턴 레이아웃으로부터 미세선 패턴 도형 부분을 추출하는 공정과,
    노광광의 파장을 λ로 하고, 투영 광학계의 개구수를 NA로 했을 때, 0.25<W2/(λ/NA)의 관계를 만족하는 선폭 W2의 마스크 암선으로 되도록 상기 미세선 패턴 도형 부분을 조정하여 마스크에서의 차광 패턴의 일부로 하는 공정과,
    상기 선폭 W2의 마스크 암선을 사이에 두도록, 0.25<W1/(λ/NA)<0.75의 관계를 만족시키는 선폭 W1을 갖는 2개조의 광 투과용 개구 패턴을 배치하는 공정과,
    상기 2개조의 광 투과용 개구 패턴의 외측에, 상기 광 투과용 개구 패턴을 투과하는 광과 동일한 위상으로 10% 이상 50% 이하의 투과율로 광이 투과하는 반투과 영역을, 폭 W4가 0.50<W4/(λ/NA)가 되도록 배치하는 공정을 포함하는
    마스크 패턴의 생성 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 반투과 영역으로 되는 패턴으로서, 투영 노광계에서 0차 이외의 회절광이 투과할 수 없는, λ/(2×NA)보다도 작은 공간 주기의 패턴을 배치하는 마스크 패턴의 생성 방법.
  21. 설계 패턴 레이아웃으로부터 미세선 패턴 도형 부분을 추출하는 공정과,
    노광광의 파장을 λ로 하고, 투영 광학계의 개구수를 NA로 했을 때, 0.25<W2/(λ/NA)의 관계를 만족시키는 선폭 W2의 마스크 암선으로 되도록 상기 미 세선 패턴 도형 부분을 조정하여 마스크에서의 제 1 차광 패턴으로 하는 공정과,
    상기 설계 패턴 레이아웃 중 상기 미세선 패턴 도형 부분 이외의 패턴을 리사이즈(resize)하여 마스크에서의 제 2 차광 패턴으로 하는 공정과,
    상기 제 1 차광 패턴을 사이에 두도록, 0.25<W1/(λ/NA)<0.75의 관계를 만족시키는 선폭 W1을 갖는 2개조의 제 1 광 투과용 개구 패턴을 배치하는 공정과,
    상기 제 2 차광 패턴의 변의 외측에 거의 일정폭으로 되도록 제 2 광 투과용 개구 패턴을 배치하는 공정과,
    모든 마스크 영역에서 상기 제 1 및 제 2 차광 패턴 및 상기 제 1 및 제 2 광 투과 개구 패턴을 제외한 영역에, 상기 광 투과용 개구 패턴을 투과하는 광과 동일한 위상으로 10% 이상 50% 이하의 투과율로 광을 투과하는 반투과 영역으로 되는 패턴을 배치하는 공정을 포함하는
    마스크 패턴의 생성 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 반투과 영역으로 되는 패턴으로서, 투영 노광계에서 0차 이외의 회절광이 투과할 수 없는, λ/(2×NA)보다도 작은 공간 주기로 요소 패턴을 배치하는 마스크 패턴의 생성 방법.
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