(57)【要約】【課題】トポロジーを有する補償層を備えたバイナリフォトマスク及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板と、基板上に回路パターンを限定する透光防止パターンと、透光防止パターンを有する半導体基板上に形成される３次元トポロジーを有する補償層とを備えるフォトマスクを提供する。補償層は、入射光の位相を変更させて、１次光の強度を改善して、パターン解像度を改善し、透明な物質から形成するが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に回路パターンを限定する透光防止パターンと、
前記透光防止パターンを有する半導体基板上に形成される３次元トポロジーを有する補償層と、備え、
前記補償層のトポロジーによって透過光が変形されるバイナリフォトマスク。
【請求項２】
前記補償層は、前記透光防止パターンを有する半導体基板の表面にコンフォーマルな厚さに形成された膜であることを特徴とする請求項１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項３】
前記透光防止パターンの幅(ライン)の透光防止パターン間の間隔(スペース）に対する比が、１：２以上であることを特徴とする請求項１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項４】
前記透光防止パターンの幅(ライン)の透光防止パターン間の間隔(スペース）に対する比が、１：３以上であることを特徴とする請求項１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項５】
前記補償層は、前記透光防止パターン上に形成される補償パターンであることを特徴とする請求項１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項６】
前記透光防止パターンと前記補償パターンとは、同一線幅を有することを特徴とする請求項５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項７】
前記補償パターンの側壁と前記透光防止パターンの側壁とが一致することを特徴とする請求項６に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項８】
前記補償パターンの線幅は、前記透光防止パターンの線幅より小さいことを特徴とする請求項５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項９】
前記補償パターンの少なくとも一つの側壁は、前記透光防止パターンの側壁を含むように形成されることを特徴とする請求項５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１０】
前記補償パターンのいずれか一つの側壁は、前記透光防止パターンの側壁を含み、他の一つの側壁は、前記透光防止パターンの上部に位置することを特徴とする請求項９に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１１】
前記補償層は、１００〜５０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１２】
前記補償層は、２０００〜３０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１３】
前記補償層は、透明な物質であることを特徴とする請求項１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１４】
前記補償層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びハフニウム酸化膜のような透明な絶縁膜のうち選択される一つ、あるいはこれらの積層膜であることを特徴とする請求項１３に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１５】
基板と、
前記基板上に回路パターンを限定する透光防止パターンと、
前記透光防止パターン上に形成される透明な補償パターンと、を備えるバイナリフォトマスク。
【請求項１６】
前記透光防止パターンと前記補償パターンとは、同一線幅を有し、前記補償パターンの側壁と前記透光防止パターンの側壁とが一致することを特徴とする請求項１５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１７】
前記補償パターンの線幅は、前記透光防止パターンの線幅より小さいことを特徴とする請求項１５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１８】
前記補償パターンの少なくとも一つの側壁は、前記透光防止パターンの側壁を含むように形成されることを特徴とする請求項１５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項１９】
前記補償パターンのいずれか一つの側壁は、前記透光防止パターンの側壁を含み、他の一つの側壁は、前記透光防止パターンの上部に位置することを特徴とする請求項１８に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項２０】
前記透光防止パターンの幅(ライン)の透光防止パターン間の間隔(スペース）に対する比が、１：２以上であることを特徴とする請求項１５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項２１】
前記補償パターンは、１０〜５０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項２２】
前記補償パターンは、２０００〜３０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項２１に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項２３】
前記補償パターンは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びハフニウム酸化膜のような透明な絶縁膜のうち選択される一つ、あるいはこれらの積層膜であることを特徴とする請求項１５に記載のバイナリフォトマスク。
【請求項２４】
透明な基板上に透光防止パターンを形成する段階と、
前記透光防止パターンが形成された透明な基板上に、前記基板の表面に沿って均一な厚さに補償層を形成する段階とを含むバイナリフォトマスクの製造方法。
【請求項２５】
前記補償層は、スパッタリング方式及びＣＶＤ方式のうち選択される一つで形成することを特徴とする請求項２４に記載のバイナリフォトマスクの製造方法。
【請求項２６】
前記補償層を形成する段階以後に、前記透光防止パターンの上部に前記補償層が残留するようにパターニングする段階をさらに含む請求項２４に記載のバイナリフォトマスクの製造方法。
【請求項２７】
透明な基板上に透光防止層を形成する段階と、
前記透光防止層の上部に補償層を形成する段階と、
前記補償層及び透光防止層をパターニングする段階と、を含むバイナリフォトマスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスク及びその製造方法に係り、さらに具体的には、クロムのような透光防止パターンによってフォトレジストパターンを限定するバイナリタイプのフォトマスク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体基板上に回路パターンを形成するために提供されるマスク(例えば、レチクル)は光に対して透明な石英基板と、その一面に形成される透光防止パターン、例えば、クロムパターンから構成される。しかし、半導体基板の回路パターンの線幅が露光源の波長λより小さくなる場合、前記マスクを通過した回折角が大きくなり過ぎて、１次光でもって瞳レンズ(ｐｕｐｉｌ  ｌｅｎｓ)に像を形成し難いだけでなく、像が形成されてもコントラストが弱くなる。したがって、透光防止パターンによって回路パターンを限定するバイナリマスクでは、露光源以下の波長程度の線幅を有する微細パターンを製作するのは困難である。
【０００３】
このようなバイナリマスクの解像度を改善するために、０゜及び１８０゜の相殺干渉を利用する位相反転マスクが提案された。前記位相反転マスクは、位相反転物質、例えば、ＭｏＳｉＯＮを利用して１８０゜位相領域を形成する減衰(ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ)位相反転マスク、及び石英基板のトレンチによって１８０゜位相領域とクロム層とを形成する交互(ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ)位相反転マスクに区分される。現在は、位相反転マスクの発展した形態として、０゜位相領域(石英基板の表面領域)と１８０゜位相領域(トレンチ領域）との界面で相殺干渉が起こるようにして、フォトレジストパターンを形成するクロムレス(Ｃｒ−ｌｅｓｓ)位相反転マスク、及びクロムレス位相反転マスクの０゜位相領域にクロムパターンを形成して、半導体基板上に形成されるフォトレジストパターンを充実させるリムタイプフォトマスク(以下、リムマスク)がある。このような位相反転マスクは、特許文献１など多数の特許に開示されている。
【０００４】
しかし、かかる位相反転マスクは、石英基板内にトレンチを形成するための何回ものエッチング工程が要求され、トレンチの上面または側壁にクロムパターンを形成する工程が要求されるので、製造工程面で前記バイナリマスクに比べて非常に複雑である。
【０００５】
したがって、単純な工程によって解像度を改善できるフォトマスクに対する要求が次第に高まっている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／００９１７９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、解像度を改善できるバイナリタイプのフォトマスクを提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、製造工程を単純化できる解像度が改善されたバイナリタイプのフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記本発明の目的を達成するための本発明のフォトマスクは、基板と、前記基板上に回路パターンを限定する透光防止パターンと、前記透光防止パターンを有する半導体基板上に形成される３次元トポロジーを有する補償層とを備える。
【０００９】
また、本発明の他の実施形態によるフォトマスクは、基板と、前記基板上に回路パターンを限定する透光防止パターンと、前記透光防止パターン上に形成される透明な補償パターンとを備える。
【００１０】
前記透光防止パターンと前記補償パターンとは、同一線幅を有し、前記補償パターンの側壁と前記透光防止パターンの側壁とが一致するように形成されるか、または前記補償パターンの線幅は、前記透光防止パターンの線幅より小さく形成されうる。
【００１１】
また、前記補償パターンの少なくとも一つの側壁は、前記透光防止パターンの側壁を含むように形成され、前記補償パターンのいずれか一つの側壁は、前記透光防止パターンの側壁を含み、他の一つの側壁は、前記透光防止パターンの上部に位置してもよい。
【００１２】
前記補償パターンは、厚く形成されることが望ましいが、約１００〜５０００Åの厚さ、望ましくは２０００〜３０００Å程度の厚さを有するように形成されうる。このような補償パターン(補償層）は、物質の種類に限定されないが、シリコン酸化膜のような透明な物質が解像度向上にさらに効果的である。
【００１３】
本発明の他の見地によるフォトマスクの製造方法は、透明な基板上に透光防止パターンを形成した後、前記透光防止パターンが形成された透明な基板上に前記基板の表面に沿って均一な厚さに補償層を形成する。この時、前記補償層は、スパッタリング方式及びＣＶＤ方式のうち選択される一つで形成できる。
【００１４】
また、本発明の他の実施形態によるフォトマスクの製造方法は、透明な基板上に透光防止層を形成した後、前記透光防止層の上部に補償層を形成し、前記補償層及び透光防止層をパターニングする段階で構成されうる。
【００１５】
このような本発明フォトマスクは、３次元トポロジーを有する補償層によってパターン解像度を大きく改善できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、透光防止パターンから構成されたバイナリフォトマスクの上部に３次元トポロジーを有する補償層を形成する。これにより、３次元トポロジー(補償パターンの場合、補償パターンの側壁)によって入射光の位相が変調されて、入射光の０次光の強度を低下させながら１次光の強度を増大させる。したがって、イメージコントラストを改善させることができて、パターン解像度が上昇する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。本発明の利点、特徴、及びそれらの達成方法は、添付図面と共に詳細に記載された実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、多種多様な形態で具現され、本実施形態では、本発明の開示が完全なようにし、当業者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲によって定義される。そして、明細書全体にわたって同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
【００１８】
本発明は、バイナリフォトマスクの上部に３次元トポロジーを有する膜を形成することで、バイナリフォトマスクの解像度を改善できる。前記３次元トポロジーを有する膜は、入射光の位相を変更させて１次光の強度を増大させる役割を行う。これにより、微細パターンを形成することができる。
【００１９】
以下の実施形態で、３次元トポロジーを有する膜を含むフォトマスク及びその製造方法について、図面を通じてさらに具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態によるフォトマスクの断面図であり、図２は、本発明の一実施形態によるフォトマスクによる光伝達経路を示す図面である。
【００２１】
図１を参照すれば、本発明のフォトマスク１００は、光に対して透明なマスク基板１１０、例えば石英基板を備える。マスク基板１１０上に回路パターンを限定するための透光防止パターン１２０が形成される。透光防止パターン１２０は、例えばクロム(Ｃｒ)パターンが利用されうる。透光防止パターン１２０が形成されたマスク基板１１０上にバイナリマスクの解像度を補償するための補償層１３０が形成される。本実施形態における補償層１３０は、その表面が３次元トポロジーを有さなければならない。本実施形態での補償層１３０の３次元トポロジーは、前記透光防止パターン１２０の高さによって付与されうる。すなわち、補償層１３０は、透光防止パターン１２０が形成されたマスク基板１１０の上部にコンフォーマルに蒸着されて、その表面に３次元的なトポロジーが形成されうる。前記マスク基板１１０上に補償層１３０をコンフォーマルに形成する方式としては、スパッタリングまたはＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｏｎ)方式で形成できる。
【００２２】
このような本発明のフォトマスク１００は、図２に示されたように光源１５０からの光照射時、フォトマスク１００のトポロジーＴによって入射光の位相が変形される。ここで、フォトマスク１００の透光部を透過した光は、図面符号１５０ａで表示され、フォトマスク１００のトポロジーＴによって変形された透過光は、図面符号１５０ｂで表示された。また、前記透過光１５０ａ、１５０ｂによって露光されるフォトレジスト膜を図面符号１７０で表示し、かかるフォトレジスト膜を備える半導体基板を図面符号１６０で表示した。
【００２３】
図３は、本実施形態のバイナリフォトマスクのイメージコントラストを示すグラフである。図３によれば、トポロジーＴを有する補償層１３０が形成されたバイナリマスクが、補償層のないフォトマスクに比べてイメージコントラストがさらに明確であるということが分かる。
【００２４】
この時、トポロジーＴを有する補償層１３０によって、パターンの解像度を増大させることが可能な理由は色々とあるが、最も支配的な理由は、前記補償層１３０のトポロジーによって入射光の位相が変形されて、１次光の強度を増大させる点である。
【００２５】
これについて実験グラフを通じて説明すれば、図４は、本実施形態によるバイナリフォトマスクの０次光及び１次光の強度(振幅)を示すグラフである。図４を参照して、補償層１３０を蒸着しない場合(０Å)と、蒸着する場合(１０００Å、２０００Å、３０００Å、４０００Å)とを比較してみれば、補償層１３０を蒸着した場合は、蒸着しない場合に比べて１次光の強度は増大し、０次光の強度は低下することを確認できる。また、補償層１３０の厚さに比例して１次光の強度が次第に増大することが分かる。０次光の強度が低下し、１次光の強度が増大すれば、パターンのイメージコントラストを改善し、さらにパターンの解像度を改善することが可能である。したがって、本発明のようにバイナリフォトマスク上にトポロジーを有する補償層１３０を形成することによって、１次光の強度を増大させてイメージコントラスト及びパターン解像度を改善することができる。
【００２６】
図５は、補償層の光吸収率によるイメージコントラストを示すグラフであって、屈折率(ｎ）が１．５６であるシリコン酸化膜の光吸収率(ｋ)を調節したときの厚さによるイメージコントラストを示すグラフである。図５によれば、イメージコントラストは、補償層の厚さが増大するほど増大することを確認することができ、補償層の厚さとして採択される０．１〜０．３μｍ帯域で光吸収率が低いほど(すなわち、より透明なほど)イメージコントラストが増大することを確認することができる。
【００２７】
前記実験を通じて、透光防止層１２０の上部に３次元的なトポロジーを有する補償層１３０を形成すれば、１次光の強度が増大して解像度が増大することを確認することができた。さらに、補償層１３０の厚さを増大させ、補償層１３０の物質を光を吸収しない透明物質で形成すれば、解像度をさらに改善させうるということが分かる。また、図６は、本発明のフォトマスクの補償層の屈折率によるＮＩＬＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｌｏｇ  Ｓｌｏｐｅ）分布を示すグラフである。ここで、ＮＩＬＳは、パターンのイメージコントラストを表す変数であって、前記ＮＩＬＳは、イメージコントラスト曲線の傾斜を表し、ＮＩＬＳ値が大きいほどイメージコントラストに優れている。したがって、図６に示すように、補償層１３０は、その屈折率(ｎ）が大きいほど解像度の向上にさらに効果的である。
【００２８】
すなわち、本実施形態では、フォトマスク１００上に３次元トポロジーを有する補償層１３０を形成するだけで解像度(パターンのイメージコントラスト)を改善でき、補償層１３０の屈折率(ｎ）が高くて吸収率(ｋ）が低いならば、解像度をさらに改善することができる。したがって、補償層１３０は、特定物質に限定されずにいかなる物質でも形成可能であり、望ましくは、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びハフニウム酸化膜のような透明な絶縁膜のうち選択される一つ、あるいはこれらの積層膜が利用されうる。
【００２９】
一方、トポロジーを有する補償層は、パターン形態で具現しても同じ効果を得ることができる。
【００３０】
すなわち、図７に示されたように、フォトマスク２００は、光に対して透明なマスク基板２１０及びマスク基板２１０上に形成された透光防止パターン２２０を備える。透光防止パターン２２０の上部に補償パターン２３０が形成される。補償パターン２３０は、前記透光防止パターン２２０と同じサイズを有しうる。
【００３１】
図８Ａに示すように、透光防止層２２０ａが形成されたマスク基板２１０の上部に補償層２３０ａが形成される。補償層２３０ａは、１００〜５０００Åの厚さに形成されうる。補償層２３０ａの上部に回路パターンの形態でレジストパターン２３５を形成する。
【００３２】
次に、図８Ｂに示すように、レジストパターン２３５の形態で前記補償層２３０ａ及び透光防止層２２０ａをエッチングして、補償パターン２３０及び透光防止パターン２２０を形成する。その後、前記図７のようにレジストパターン２３０を除去する。
【００３３】
このようなパターン形態の補償層(補償パターン)２３０もパターンの側壁によって３次元トポロジーが設けられることで、図９に示すように、補償パターン２２０の側壁面Ｔで位相変形が発生して、１次光の強度を増大させることができる。
【００３４】
この場合、図１０に示すように、補償パターン２３１は、前記透光防止パターン２２０の線幅より狭く形成してもよく、図１１に示すように、補償パターン２３２は、透光防止パターン２２０を含むように形成してもよい。また、図１２に示すように、いずれか一つの側壁は透光防止パターン２２０上に形成し、他の一つの側壁は透光防止パターン２２０の外側に形成してもよい。
【００３５】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、バイナリフォトマスクの強度分布をシミュレーションしたグラフであって、図１３Ａは、補償パターンのないバイナリフォトマスクの強度分布を示すシミュレーショングラフであり、図１３Ｂは、補償パターンが形成されたバイナリフォトマスクの強度分布を示すシミュレーショングラフである。ここで、透光防止パターン２２０及び補償パターン２３０は、約６５ｎｍの線幅を有し、前記補償パターン２３０は、２４００Åの厚さのシリコン酸化膜で形成した。
【００３６】
まず、補償パターンのない従来のフォトマスクは、図１３Ａに示すように、透光防止パターン２２０の上面の約０．６μｍ帯域までのみ強度がゼロ(０)に近く、それ以外の領域は、約０．６以上の強度を示す。一方、補償パターン２３０が形成された本実施形態のフォトマスクの場合、図１３Ｂに示すように、透光防止パターン２２０の上面から１．２μｍに至るまでに強度が０を示し、強度が０である分布も図１３Ａに比べてシャープであることを確認することができる。
【００３７】
図１４は、本発明のフォトマスクのラインアンドスペース(ｌｉｎｅ  ａｎｄ  ｓｐａｃｅ)比によるＮＩＬＳ分布を示すグラフである。前記図１４は、補償層(補償パターン)を形成した状態で透光防止パターン２２０の線幅と透光防止パターン２２０間の間隔とを調節したときのＮＩＬＳ分布を示す。その結果、ラインアンドスペース比が大きいほどＮＩＬＳが向上するということが分かる。したがって、本発明のフォトマスクは、ラインアンドスペースが１:２以上(１:１０００以下)であるパターンを形成するのに提供されることが望ましく、ラインアンドスペースが１:３以上(１:１０００以下)であるパターンに適用すればさらに効果がある。
【００３８】
図１５は、補償層の表面形態によるＮＩＬＳ分布を示すグラフである。図１５において、ｔｙｐｅ  Ａは、トポロジーのない補償層を適用した例であり、ｔｙｐｅ  Ｂは、トポロジーを有し、透光部にも補償層が形成された例であり、ｔｙｐｅ  Ｃは、透光防止層の上部にのみトポロジーを有する補償パターンが形成された例である。図１５によれば、ｔｙｐｅ  Ｂ及びｔｙｐｅ  Ｃのように補償層にトポロジーのある場合にＮＩＬＳ値が増大したが、ｔｙｐｅ  Ａのようにトポロジーのない場合には、補償層が形成されたとしてもＮＩＬＳに変化がないことを確認することができる。
【００３９】
以上、本発明を望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で、当分野で当業者により、さまざまな変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
補償層を有するバイナリマスクは、多数のトレンチ工程のような複雑な工程を要求せず、補償層の蒸着及び/または補償層のエッチングだけで達成できるので、製造工程を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態による３次元トポロジーを有する補償層を備えたフォトマスクの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるフォトマスクの光伝達経路を示す図面である。
【図３】本発明のフォトマスクのイメージコントラストを示すグラフである。
【図４】本発明のフォトマスクの０次光及び１次光の強度を示すグラフである。
【図５】本発明のフォトマスクの補償層の吸収率によるイメージコントラストを示すグラフである。
【図６】本発明のフォトマスクの補償層の屈折率によるＮＩＬＳ分布を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態による補償パターンを備えたフォトマスクを示す断面図である。
【図８Ａ】本発明の他の実施形態による補償パターンを備えたフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施形態による補償パターンを備えたフォトマスクの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態によるフォトマスクの光伝達経路を示す図面である。
【図１０】本発明による補償パターンを備えたフォトマスクの多様な形態を示す断面図である。
【図１１】本発明による補償パターンを備えたフォトマスクの多様な形態を示す断面図である。
【図１２】本発明による補償パターンを備えたフォトマスクの多様な形態を示す断面図である。
【図１３Ａ】バイナリフォトマスクの強度分布をシミュレーションしたグラフである。
【図１３Ｂ】バイナリフォトマスクの強度分布をシミュレーションしたグラフである。
【図１４】本発明のフォトマスクのラインアンドスペース比によるＮＩＬＳ分布を示すグラフである。
【図１５】補償層の表面形態によるＮＩＬＳ分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１００、２００  フォトマスク
１１０、２１０  マスク基板
１２０、２２０  透光防止パターン
１３０、２３０ａ  補償層
１５０  光源
１５０ａ、１５０ｂ  透過光
１６０  半導体基板
１７０  フォトレジスト膜
２２０ａ  透光防止層
２３０、２３１、２３２  補償パターン
Ｔ  トポロジー
【図１】
2007072456.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007072456.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
2007072456.tif 000013
【図１１】
2007072456.tif 000014
【図１２】
2007072456.tif 000015
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2007072456.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
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