KR0135355B1 - 투영 노광장치 - Google Patents

투영 노광장치

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KR0135355B1
KR0135355B1 KR1019940031358A KR19940031358A KR0135355B1 KR 0135355 B1 KR0135355 B1 KR 0135355B1 KR 1019940031358 A KR1019940031358 A KR 1019940031358A KR 19940031358 A KR19940031358 A KR 19940031358A KR 0135355 B1 KR0135355 B1 KR 0135355B1
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히로시 노즈에
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가네꼬 히사시
닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

반도체 웨이퍼 노광장치는 광원, 글라스기판, 차광체로 이루어진 제1패턴을 갖는 마스크, 투영렌즈, 및 광원으로부터의 광을 마스크에 조사하여 패턴을 반도체 웨이퍼상으로 전사하는 조명광학계를 포함한다. 글라스기판은 조명광학계의 일부를 구성하고 복수개의 제2패턴을 가지며, 복수개의 제2패턴은 광투과성이고 각각 서로 다른 치수를 갖는다. 제2패턴은 바람직하게 정사각 형상이고, 또한 바람직하게 정사각 형상과 등변 삼각형의 조합이다.

Description

투영 노광장치
제1도는 통상 노광에 사용되는 종래의 스테퍼(stepper)에 대한 개략 단면도.
제2도는 경사입사노광에 사용되는 종래의 스테퍼에 대한 개략 단면도.
제3a도는 종래의 애퍼처(aperture)를 나타내는 평면도.
제3b도는 지역조명에 사용되는 애퍼처를 나타내는 평면도.
제3c도는 4점 조명에 사용되는 애퍼처를 나타내는 평면도.
제4a도는 경사입사노광에 사용되는 종래의 스테퍼에 대한 개략단면도.
제4b도는 종래의 광학소자에 대한 평면도.
제4c도는 제4b도의 선 A-A에 따른 평면도.
제5도는 종래 스테퍼에 있어서의 패턴 피치와 초점심도(DOF)의 관계를 나타내는 그래프.
제6도는 종래 스테퍼의 부분단면도.
제7도는 본 발명에 따른 제1실시예의 개략단면도.
제8a도는 제1실시예에 사용되는 글라스기판의 평면도.
제8b도는 제8a도의 선 A-A에 따른 단면도.
제9a 및 제9b도는 제1실시예에 사용된 글라스기판 및 레티클의 부분단면도.
제10도는 제1실시예에 있어서의 패턴피치와 초점심도의 관계를 나타내는 그래프.
제11도는 본 발명에 따른 제2실시예에 사용되는 글라스기판의 평면도.
제12도는 본 발명에 따른 제3실시예에 사용되는 글라스기판의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광원 5A : 애퍼처
5B : 애퍼처 7 : 레티클
8 : 크롬패턴 10 : 노광광
24 : 광학소자 30 : 글라스기판
39 : 작은 정사각형 패턴 40 : 큰 정사각형 패턴
43 : 정사각형 패턴 44 : 등변 삼각형 패턴
100 : 반도체 웨이퍼
본 발명은 반도체 웨이퍼 노광장치, 특히 LSI의 미세패턴을 투영렌즈를 통해 반도체 웨이퍼상에 형성하는때 원판으로 되는 마스크를 조명하는 조명광학계를 갖는 장치에 관한 것이다.
초고집적회로(VLSI)에 있어서, 집적도가 3년간에 4배씩 향상되고 있다. 이 고속집적화는 회로팬턴을 대단히 미세화시키는 것에 의해 달성되고 있다. VLSI 패턴이 반도체 기판상에 전사되어야 할때 미세팬턴을 축소시키고 축소된 미세패턴을 반도체 웨이퍼상에 투영하여 패턴을 웨이퍼상에 전사하는 장치인 스테퍼가 사용된다. 제1도는 종래의 스테퍼를 개략적으로 나타낸다. 광원(1)은 노광광(10)을 조사한다. 조광광(10)은 반사경(2)에 의해 접속되고, 렌즈(3) 및 플라이아이 렌즈(4)에 의해 균일화된다. 그런다음, 노광광(10)은 애퍼처(5A)에 의해 적당한 크기의 직경으로 좁혀진후, 좁혀진 노광광(10)은 렌즈(6)를 통하여 레티클(7)에 균일하게 조사된다. 레티클(7)상에는 크롬에 의해 패턴(8)이 형성되어 있다.
레티클(7)에 입사한 노광광(10)은 크롬패턴(8)에 의해 회절광으로 나뉘고, 투영렌즈(9)에는 0차 회절광(11), +1차 회절광(12) 및 -1차 회절광(13)이 입사한다. 고차 회절광은 0차 회절광(11)에 대하여 보다 각도가 열린 방향으로 진행하기 때문에 투영렌즈(9)에는 입사하지 않는다. 투영렌즈(9)에 입사하는 회절광(11,12,13)은 반도체 웨이퍼(100)상에 축소크기로 결상한다. 레티클(7)상에 형성된 크롬패턴(8)과 동일한 패턴이 반도체 웨이퍼상에 축소투영된다.
미세패턴을 반도체 웨이퍼에 전사하는 능력인 고해상력을 갖는 스테퍼가 요구된다. 스테퍼의 해상력(R)은 다음과 같은 레일리식에 의해 나타내어진다.
R=K1(λ/NA)
여기서 λ는 노광광의 파장을 나타내고, NA는 렌즈의 개구수를 나타내고 K1은 레지스트 성능에 의해 결정되는 정수이다.
레일리식에 의해, 해상력(R)을 향상시키기 위해서는 노광광의 파장(λ)을 작게 하거나 렌즈의 개구수(NA)를 크게할 필요가 있는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
파광(λ)을 짧게 하려면, 광원으로서 종래 이용되는 수은 램프의 i선(36nm) 보다도 단파장을 갖는 광을 조사하고, 충분한 노광을 행하기 위한 강도를 갖는 광원이 사용되어야 한다. 그런 광원은 249nm 파장을 갖는 KrF 엑시머레이저광과 194nm 파장을 갖는 ArF 엑시머레이저광과 같은 엑시머 레이저광을 조사하는 엑시머레이저 뿐이다.
그렇지만, 엑시머레이저는 가스교환 및 부품교환 빈도가 높고, 또한 가격도 높아, 최종제품 즉, 반도체 디바이스의 고가격화를 초래한다. 또한, 파장을 짧게 하려고 하는 경우조차, 투과율이 높은 광학부품, 광학재료 및 레지스트재료를 거의 얻을 수 없다. 특히, 반도체 웨이퍼상에 형성되는 패턴을 축소시키기 위한 투영렌지의 설계 및 제조가 대단히 곤란하다.
한편, 렌즈의 개구수(NA)를 증가시키려면 초점심도가 좁아져야 한다. 초점심도(D) 또한 다음과 같은 레일식에 의해 나타내어진다.
D=K2(λ/(NA)2)
여기서 K2는 레지스트 성능에 의해 결정되는 정수이다.
레일리식에 의해, 초점심도(D)은 (NA)2에 역비례하여 좁아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 렌즈의 개구수(NA)를 증가시키는 것은 한계가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 위상쉬프트 마스크가 제안되었다(M. D. Levenson, et al., Improving resolution in photolithography with a phase-shifting mask, IEEE Trans, Electron Devices, Vol. 2, pp. 1828-1836, 1992). 이 제안에는 레티클상에 형성된 인접한 크롬패턴 사이의 매다른 공간에 위상시프터가 배치된다. 이 위상쉬프터는 노광광의 위상을 반전한다. 즉, 인접한 크롬패턴간의 공간을 투과하는 노광광의 위상이 반전되어 0차 회절광이 소면한다. 이에 의해서 ±1차 회절광만이 노광에 사용되어 해상도 및 초점심도를 함께 향상시키는 것이 가능하다.
그러나, 위상쉬프트 마스크는 종래보다도 마스크제조 프로세스가 길고, 복잡하고 고가의 장비가 필요하다. 또한, 위상쉬프트 마스크가 제조되는 재료는 노광광에 대한 고투과율을 갖고, 또한 사용하여도 열화되지 않으며 세정할 수 있는 특성을 갖는 것이 필요하다. 그러나, 현단계에서, 그러한 재료를 거의 발견할 수 없다.
그러한 문제를 피하기 위해, 경사(oblique)입사 노광법이라고 하는 방법이 위상쉬프트 마스크를 대신하여 제안되었다. 제2도는 종래의 경사입사 노광법에 사용되는 스테퍼를 개략적으로 나타낸다. 이 스테퍼는 제1도에 나타낸 종래의 스테퍼의 애퍼처(5A)와 달리, 애퍼처의 중심이 아닌 애퍼처의 중심 주위에 위치한 개구부(5C)를 갖는 애퍼처(5B)를 갖는다. 애퍼처(5B) 때문에, 개구부(5C)를 통과하는 노광광(10A,10B)은 레티클(7)에 경사입사하여 0차 회절광, +1차 회절광 및 -1차 회절광을 포함하는 3개의 회절광으로 분리한다.
조광광(10A)으로부터 생긴 0차 회절광(14) 및 +1차 회절광(15) 둘다는 투영렌즈(9)에 입사하지만, 노광광(10A)으로부터 생긴 -1차 노광광(16)은 투영렌즈(9)에 입사하지 않는다. 노광광(10B)으로부터 생기 -1차 노광광은 노광광(10A)으로부터 생기 0차 회절광과 중첩하여 회절광(14)을 만든다. 회절광(14)은 투영렌즈(9)에 입사한다. 동일하게, 노광광(10B)으로부터 생긴 0차 회절광은 노광광(10A)으로부터 생기 +1차 회절광과 중첩하여 회절광(15)을 만든다.
회절광(15)은 투영렌즈(9)에 입사한다. 노광광(10B)으로 부터 생기 +1차 회절광은 투영렌즈(9)에 입사하지 않는다. 회절광(14,15)으로부터 생기 광(11A,11B)은 투영렌즈(9)를 통과하여 반도체 웨이퍼(100)상에 결상한다.
설명한 바와 같이, 경사입사 노광법에서는 노광광(10A)으로부터 생긴 0차 회절광이 노광광(10B)으로부터 생긴 -1차 회절광과 중첩하고, 노광광(10A)으로부터 생긴 +1차 회절광이 노광광(10B)으로부터 생긴 0차 회절광과 중첩하는 것이 필요하다. 0차 회절광과 ±1차 회절광 사이의 각 θ1은 래티클(7)의 인접한 크롬패턴(8) 사이의 피치 P에 의하여 다음식
sin θ1=λ/p
에 따라 변화한다.
따라서, 다양한 치수를 갖는 패턴의 레티클을 교환하는 것에 의해 반도체 웨이퍼상에 전사하는 경우, 최적 회절각을 제공하는 애퍼처를 선택하여 사용하는 것이 필요하다. 이것은 관리가 대단히 곤란한 것이다. 또한, 경사입사 조명을 애퍼처를 이용하여 행하면, 광량이 대폭적으로 저하한다는 문제도 있다.
제3a, 3b 및 3c도는 종래의 애퍼처(18,19,20)를 나타낸다. 제3a도에 도시된 애퍼처(18)는 통상 노광에 사용되고, 제3b 및 제3c도에 도시된 애퍼처(19,20)는 경사입사노광에 사용된다. 제3b도에 나타낸 애퍼처(19)를 사용하여 행하는 경사입사노광은 지역조명이라 하며, 모든 방향의 패턴에 대한 해상력과 초점심도 모두를 향상시킨다. 제3c도에 도시된 애퍼처(20)를 사용하여 행하는 노광은 4점 조명이라 하며 X 및 Y방향의 패턴에 대하여 해상력과 초점심도 모두를 향상시킨다. 4점 조명은 X 및 Y방향의 패턴에 대해서는 지역조명보다 더 높은 해상력과 초점심도를 제공하지만 X 및 Y방향을 제외한 패턴에 대해서는 통상 노광보다 더 낮은 해상력과 초점심도를 제공한다. 애퍼처(19)의 개구부(22)와 애퍼처(20)의 개구부(23)는 종래의 애퍼처(18)의 개구부(21)의 영역보다 더 작은 영역을 갖는다. 즉, 경사입사 노광법에서의 노광량은 통상 노광에서의 노광량의 1/5 내지 1/2로 저하된다. 이것은 스테퍼의 처리능력을 대폭적으로 낮추고, 반도체 디바이스의 고가격화를 초래한다.
일본국 특허출원 공개 제4-343215호는 광량저하없이 경사입사 노광을 실현하는 방법을 제안하고 있다. 이 방법은 그레이팅과 같은 주기구조를 갖는 광학소자를 레티클상에 배치하고 레티클상에 노광량을 경사입사하는 방법이다.
제4a도는 상기 설명한 방법에 사용되는 스테퍼를 도시한다. 제4a도에 도시된 스테퍼는 제1도에 도시된 스테퍼에 대하여 광학소자(24)를 부가적으로 갖는다. 광학소자(24)에 입사하는 노광광(10)은 광학소자(24)상에 형성되는 주기패턴(25)에 의하여 회절광을 생성한다. 이 주기패턴(25)은 0차 회절광이 소거되도록 배치 된다.
따라서, +1차 회절광(26)과 -1차 회절광(27)만이 레티클(7)에 입사한다. 래티클(7)에 입사한 +1차 회절광(26)과 -1차 회절광(27)은 레티클(7)상에 형성된 크롬패턴에 의해 회절광을 생성한다. +1차 회절광(26)으로부터 생긴 0차 회절광은 -1차 회절광(27)으로부터 생긴 +1차 회절광과 중첩하여 광(28)으로 되고, +1차 회절광(26)으로부터 생긴 -1차 회절광은 -차 회절광(27)으로부터 생긴 0차 회절광과 중첩하여 광(29)으로 된다. 광(28,29)은 투영렌즈(9)에 입사하여 반도체 웨이퍼(100)상에 결상한다.
광학소자(24)를 이용하지 않는 스테퍼는, 제1도에 나타낸 바와 같이, 3광속(光束)을 웨이퍼상에 결상하는 것에 대하여 제4a도에 나타낸 상기 설명한 스테퍼는 2광송을 웨이퍼상에 결상한다. 따라서, 투영렌즈(9)의 개구수(NA)가 작을지라도, 많은 개구수(NA)를 갖는 렌즈를 사용하여 노광하는 것처럼, 고해상도를 초점심도의 저하없이 얻는 것이 가능하다. 제4b도는 정사각형 투영으로 이루어진 반복패턴(25)이 형성된 광학소자(24)를 나타내고, 제4c도는 제4b도의 선 A-A에 따른 단면도이다. 광학소자(24)는 회절광이 생기는 X 및 Y방향의 패턴에 대한 해상력과 초점심도 모두를 향상시킨다. 광학소자(24)는 제3c도에 나타낸 4점 조명과 동일한 성능을 갖는다. 또한, 광학소자(24)의 사용에 의한 광량의 저하가 작으므로, 스테퍼의 처리능력저하에 관한 문제는 없다.
제4a도에 나타낸 종래의 광학소자를 사용하는 경사입사 노광법은 큰 문제점이 있다.
첫째, 광학소자로부터 생기 회절광은 단지 X 및 Y방향만 조사되므로, 이 경사입사 노광법은 단지 X 및 Y방향에 위치한 패턴에 대해서만 해상력과 초점심도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 이 방법은 반도체에서 종종 이용되는 45o및 135o방향에 위치한 패턴에 대해서는 통상 노광보다도 낮은 해상도 및 초점심도를 제공한다는 문제가 있다.
둘째, 레티클상에 위치되고 인접한 패턴사이의 피치 P1을 갖는 크롬패턴에 대하여 효과가 높은 광학소자를 이용하면, 이 광학소자는 피치 2P1를 갖는 패턴의 초점심도를 대폭적으로 저하시킨다.
제5도는 종래의 광학소자에서 패턴피치와 초점심도 사이의 관계를 나타낸다. 패턴피치가 2P1인 경우, 통상 노광보다도 대폭적으로 초점심도가 저하된다. 이하에서 이 현상을 상세히 설명한다.
제6도는 종래의 광학소자의 단면도이다 레디클(7)에 입사하는 광(26)은 크롬패턴(8A)에 의해 0차 회절광(26A), +1차 회절광(26B) 및 -1차 회절광(26C)을 생성한다. 동일하게, 레티클(7)을 입사하는 광(27)은 크롬패턴(8A)에 의해 0차 회절광(27A), +1차 회절광(27B) 및 -1차 회절광(27C)을 생성한다. +1차 회절광(26B) 및 -1차 회절광(27C)은 투영렌즈(9)에 입사하지 않으므로 결상에 기여하지 않는다. 크롬패턴(8A)의 피치가 2P1인 경우, -1차 회절광(26C)은 +1차 회절광(27B)과 중첩하여 정부로부터 투영렌즈(9)에 정상적으로 입사한다. 즉, 0차 회절광(26A,26A), -1차 회절광(26C)및 +1차 회절광(27B)은 투영렌즈(9)에 입사한다. 정부로부터 투영렌즈(9)에 정상적으로 입사하는 회절광은 노광광의 광량을 증가시켜 스테퍼의 처리능력을 향상시킨다. 그러나, 그런 회절광은 결상에 대해서는 노이즈로서 작용하여 초점심도가 저하되게 된다. 인접한 크폼패턴 사이의 피치가 2P1인 경우, -1차 회절광(26C)과 +1차 회절광(27B)은 정부로부터 함께 투영렌즈(9)에 정상적으로 입사하므로 광의 강도가 증가하고 초점심도가 대폭적으로 저하된다.
본 발명의 목적은 해상도와 초점심도(depth of focus : DOF)를 향상시킨 반도체 웨이퍼 노광장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 광원, 글라스기판, 차량체로 이루어진 제1패턴을 갖는 마스크, 투영렌즈, 및 광원으로부터 생긴 광을 마스크에 조사하여 패턴을 반도체 웨이퍼상으로 전사하는 조명광학계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 노광장치를 제공하는 것이다. 글라스기판은 조명광학계의 일부를 구성하고 복수개의 제2패턴을 가지며, 복수개의 제2팬턴은 광투과성이고 각각 서로 다른 치수를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴 각각은 다각형상이다.
다른 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴 각각은 직사각 형상이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴 각각은 정사각 형상이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴은 직사각 형상과 3각 형상을 포함한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 직사각 형상은 정사각 형상을 구비한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 3각 형상은 등변 삼각 형상을 구비한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 다각형상은 8각 형상이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴은 서로 일치되지 않는다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴은 하나는 제1직사각 형상이고, 다른 하나는 직사각 형상인 내부공간을 갖는 제2직사각 형상인, 2군의 직사각 형상을 포함한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제2직사각 형상의 내부공간은 제1직사각 형상과 형상이 동일하다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴은 서로로부터 상이하게 간격지워진다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 인접한 제1직사각 형상간의 간격은 인접한 제2직사각 형상간의 간격의 반이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 복수개의 제2패턴은 하나의 제1정사각 형상이고, 다른 하나는 정사각 형상인 내부공간을 갖는 제2정사각 형상인, 2군의 정사각 형상을 포함한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제2정사각 형상의 내부공간은 제1정사각 형상과 형상이 동일하다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 제1정사각 형상은 인접한 제1정사각 형상간의 간격의 반인 길이를 갖는 측부를 갖고, 제2정사각 형상은 인접한 정사각 형상간의 간격의 반인 길이를 갖는 측부(변)를 갖는다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 다각형상은 8N(N은 정수)인 측부들을 갖는다.
상술한 본 발명에 의한 이점을 아래에서 설명한다.
설명한 바와 같이, 본 발명에서, 글라스기판은 치수가 서로 다르고 광투과성으로 이루어지는 복수개의 패턴을 갖는다. 글라스기판은 조명광학계의 일부를 구성한다. 이 글라스기판은 경사입사노광이 가장 효과적인 노광을 제공한다.
또한, 글라스기판은 광량의 저하를 방지한다. 즉, 소망의 패턴의 2배의 피치의 패턴에 대해서도 혹은 25°방향에 배치된 패턴에 대해서도 X방향 및/ 또는 Y방향에 배치된 패턴과 마찬가지로 해상도와 초점심도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 고성능 및 낮은 제조비용을 갖는 반도체 디바이스를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 이점은 첨부하는 도면을 참조하는 다음 설명으로부터 명확해질 것이며, 동일한 참조부호는 전도면에 걸쳐 동일 혹은 유사한 부분을 나타낸다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예들은 도면을 참조하여 아래에서 설명한다.
[실시예 1]
제7도를 참조하면, 광원(1)으로부터 나오고 반사경(2)에 의해 집광된 노광광(10)은 렌즈(3), 플라이 아이렌즈(4) 및 에퍼처(5A)를 통하여 글라스기판(30)에 입사한다. 글라스기판(30)은 그 위에 형성된 복수개의 사각형 패턴(39,40)(제8a도 참조)을 갖는다. 후술하지만, 사각형 패턴(39,40)은 서로 일치하지 않으며 서로 상이한 치수를 갖고 광투과재료로 이루어진다.
글라스기판에 입사한 후, 노광광(10)으로부터 생긴 ±1차 회절광은 주광선(31,32,33,34)으로서 레티클(7)에 입사한다. 레티클(7)상에 형성된 크롬패턴(8)은 주광선(31 내지 34)으로부터 생긴 회절광을 또한 만든다. 주광선(31)으로부터 생긴 0차 회절광은 주광선(32)으로부터 생긴 +1차 회절광을 중첩하여 광선(35)으로 되고, 주광선(31)으로부터 생긴 -1차 회절광은 주광선(32)으로부터 생긴 0차 회절광을 중첩하여 광선(36)으로 된다. 광선(35,36)은 투영렌즈(9)를 통과한다. 주광선(33)으로부터 생긴 0차 회절광은 주광선(34)으로부터 생긴 +1차 회절광을 중첩하여 광선(37)으로 되고, 주광선(33)으로부터 생긴 -1차 회절광은 주광선(34)으로부터 생긴 0차 회절광과 중첩하여 광선(38)으로 된다. 광선(37,38)은 투영렌즈(9)를 통과한다. 광선(35,36,37,38)은 크롬패턴(8)을 반도체 웨이퍼(100)상에 결상한다.
제8a도 및 제8b도에 나타낸 바와 같이, 글라스기판(30)상에는 2종류의 정사각형 패턴(39,40)이 스핀 은글라스(SOG)에 의해 형성된다. 큰 정사각형 패턴(40)은 정사각 형상인 내부공간(40a)을 갖는다. 내부공간(40a)은 작은 정사각형 패턴(39)과 형상이 동일하다. 작은 정사각형 패턴(39)은 인접한 패턴들(39,40a) 사이에서 피치 P2를 갖는 반면, 큰 정사각형 패턴(40)은 인접한 패턴들 사이에서 피치 P3를 갖도록 배치된다. 실시예 1에서, 피치 P2와 P3사이의 관계는 다음과 같다.
P3=2P2
클라스기판(30)에 입사한 노광광(10)은 크고 작은 정사각형 패턴(40,39)에 으해 회절광을 만든다. 이때, 0차 회절광과 n차 회절광이 이루는 각도를 θ(n)이라 하면, 다음식이 성립된다.
P sin[θ(n)]=nλ
즉, n이 커질수록 각도 θ(n)이 커진다. 그러므로, n차 회절광은 투영렌즈에 입사하지 않는다. 또한, n이 커질수록 n차 회절광은 더 낮은 강도를 가지므로 노광에 기여하지 않는다. 따라서 0차 회절광과 ±1차 회절광만이 주로 노광에 기여한다.
글라스기판(30)상에는 인접한 큰 정사각형 패턴(40) 내부의 정사각형 공간(40a)과 피치 P2로 형성된 작은 정사각형 패턴(39)이 있으며, 이에 의해, +1차 회절광(31)과 -1차 회절광(32)이 만들어진다. 유사하게, 인접한 패턴사이에 피치 P3를 갖는 큰 정사각형 패턴(40)에 의해서, +1차 회절광(33)과 -1차 회절광(34)이 만들어진다. 0차 회절광과 ±1차 회절광(31,32)과의 각도가 θ2라 하고, 0차 회절광과 ±1차 회절광(33,34)과의 각도가 θ3라 하면, 각도 θ2는 거의 2θ3와 같다. 이들 ±1차 회절광(31, 32, 33, 34)은 경사입사광으로서 레티클에 입사한다. 경사입사광에 의해 얻어지는 효과는 노광광과 동일한 방향으로 진행하는 0차 회절광(41,42)이 소멸될때 최대가 된다. 이를 위하여, SOG 패턴을 통과하는 광(41)과 SOG 패턴을 통과하지 않는 광(42)은 서로 위상을 역전하고, 광(41,42)이 동일한 강도를 갖는 것이 필요하다.
즉, SOG 패턴의 높이 h를 h=λ/[2(n-1)](λ : 노광광 파장, n : SOG의 굴절율)로 하면 광(41,42)은 위상을 역전한다. 또한, 작은 정사각형 패턴(39)의 한변의 길이를 P2/2, 큰 정사각형 패턴(40)의 한변의 길이를 P3/2로 하면, 광(41,42)은 동일한 강도를 갖는다. SOG가 노광광을 흡수하는 경우에는, 광(41)의 강도가 낮아지므로, SOG 패턴의 면적은 부득이 증가된다. 항상 0차 회절광을 완전히 소멸시킬 필요는 없다. SOG 패턴의 높이와 치수를 변화시키는 것에 의해, 또한 0차 회절광의 강도를 조정하는 것에 의해, 통상 노광과 경사 입사노광 사이의 중간특성을 갖는 노광이 행해질 수도 있다.
다음, 본 실시예는 크롬패턴의 치수가 2배인 경우에도 큰 초점심도를 제공하는 것을 제9a도를 참조하여 설명한다. 제9a도에 나타낸 바와 같이, 글라스기판(30)에 입사한 노광광(10)은 피치 P2를 갖는 작은 정사각형 패턴(39)에 의해 +1차 회절광(31)과 -1차 회절광을 만든다. 회절광(31)은 또한 레티클(7)상에 형성된 크롬패턴(8)에 의해 0차 회절광(35A), +1차 회절광(35B) 및 -1차 회절광(35C)을 만든다. 회절광(32)은 또한 크롬패턴(8)에 의해 0차 회절광(36A), +1차 회절광(36B) 및 -1차 회절광(36C)을 만든다. 경사입사광의 최대 효과는 0차 회절광(35A)이 +1차 회절광(36B)과 동일한 방향을 갖고 -1차 회절광(35C)이 0차 회절광(36A)과 동일한 방향을 가질때 얻어질 수 있다.
상기 설명한 관계를 성립시키기 위해서는 다음식에 의해 나타내지는 관계를 성립시키는 것이 필요하다.
P2=P1(sin θ1/sin θ2)=P1(sin θ1/sin(θ1/2))≒2P1
여기서 P2는 크롬패턴의 피치를 나타내고, θ1은 크롬패턴에서 0차 회절광과 ±1차 회절광에 의해 만들어진 각을 나타내며, θ2는 글라스기판(30)의 작은 정사각형 패턴(39)에서 0차 회절광과 ±1차 회절광에 의해 만들어진 각을 나타낸다. 즉, 작은 정사각형 패턴(39)의 피치(P2)는 크롬패턴(8)의 피치 P1의 2배임이 요구된다.
제9b도를 이용하여, 레티클(7)이 피치 2P1을 갖는 패턴을 갖는 경우에도 초점심도가 넓게 되는 이유를 설명한다. 글라스기판(30)상에는, 피치 P3=2P2P를 갖는 큰 정사각형 패턴(40)이 형성되어 있다. 패턴(40)에 입사된 노광광(10)은 패턴(40)에 의해 +1차 회절광(37)과 -1차 회절광(38)을 만든다. 0차 회절광과 ±1차 회절광에 의해 형성된 각 θ3은 다음과 같이 나타내어진다.
θ3=(sin θ2/2)-1
이들 ±1차 회절광(37,38)은 레티클(7)상에 피치 2P1으로 형성된 크롬패턴에 의해 회절광을 또한 만든다. 즉, 회절광(37)은 0차 회절광(37A), +1차 회절광(37B) 및 -1차 회절광(37C)을 또한 만들고, 회절광(38)은 0차 회절광(38A), +1차 회절광(38B) 및 -1차 회절광(38C)를 또한 만든다. 회절광(37A,38A)이 ±1차 회절광과 각 θ4를 만드는 경우, 경사 조명에 의한 효과는 다음식이 성립될때 최대이다.
P3=(2P1)(sin θ3/sin θ4)≒(2P1)(sin θ3/sin(θ3/2))=2×(2P1) (A)
상기 설명한 바와 같이, 패턴(40)의 피치 P3는 2P2이므로
P3=2×P2=2×(2P1)
즉, 식(A)가 성립됨이 확인된다.
따라서, 크롬패턴의 피치가 2P1인 경우에도, 실시예 1에 사용된 글라스기판은 향상된 초점심도를 제공한다.
제10도는 실시예 1에 의해 얻어지는 초점심도를 패턴피치에 대하여 플로트한 그래프이다. 제10도에 나타낸 바와 같이, 패턴피치가 2P1일때, 통상 노광 및 종래 방법보다 더 큰 초점심도가 얻어진다. 실시예 1에서, 정사각형 패턴이 SOG에 의해 제조되지만 그 패턴은 글라스기판을 에칭하는 것에 의해 형성될 수 있거나 스퍼터 SiO2와 다른 재료로 이루어질 수 있다. 모든 정사각형 패턴이 같은 치수를 가질 필요는 없다. 예를들어, 작은 패턴(39)의 하나가 한변의 길이가 L1이면, 다른 작은 정사각형 패턴(39)은 한변의 길이가 0.1L1내지 1.9L1일 수 있다. 유사하게, 큰 정사각형 패턴(40)의 하나가 한변의 길이가 L2이면, 다른 큰 정사각형 패턴(40)은 한변의 길이가 0.5L2내지 1.5L2일 수 있다. 또한, 작은 정사각형 패턴 및 큰 정사각형 패턴은 랜덤하게 배치될 수 있다. 피치 P2는 1.2P1내지 3P1의 범위에서 변할 수 있다. 이것은 경사조명에 의한 이득적인 효과가 피치 P2가 1.2×(2P1) 내지 3×(2P1)의 범위에서 변하는 경우에도 얻어질 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 작은 정사각형 패턴(39)이 큰 정사각형 패턴(40)과 공통중심을 갖는 것이 필요하지 않다.
[실시예 2]
제11도는 실시예 2에 사용되는 글라스기판(30)을 나타낸다. 글라스기판(30)에는 복수개의 정사각형 패턴(43)과 등변 삼각형 패턴(44)이 다양한 방향으로 형성되어 있다. 글라스기판(30) 위로부터 조사된 노광광(10)은 X 및 Y방향으로 +1차 회절광(45,46) 및 -1차 회절광(47,48)을 만들고, 또한 X 및 Y방향과 45°의 각을 형성하는 방향으로 +1차 회절광(49,50) 및 -1차 회절광(51,52)을 만든다. 즉, 종래의 글라스기판은 단지 X 및 Y방향에서만 이점을 제공하지만, 실시예 2는 X 및 Y방향 뿐만 아니라 45°방향으로 해상력과 초점심도를 대폭적으로 향상시킨다. 삼각형 패턴(44)과 정사각형 패턴(43)은 실시예 1에 유사하게 SOG 이외에 광투과재료로 이루어질 수 있다. 뿐만 아니라, 패턴(43,44)은 다양한 치수를 가질 수 있다. 예를들어, 제11도에 나타낸 정사각형 패턴(43)이 한변이 L인 경우, 정사각형 패턴(44)은 0.1L 내지 1.9L의 범위에서 변할 수 있다. 또한, 인법한 패턴사이의 피치 P2는 2P1에 동일하게 고정될 필요가 없다. 피치 P2는 1.5P1내지 3P1의 범위에서 변할 수 있다.
[실시예 3]
실시예 1 및 실시예 2에서, 패턴(39,40,43)은 정사각 형상이다. 그렇지만 그들은 직사각 형상일 수 있음을 유의해야 한다.
또한, 글라스기판상에 형성되는 패턴은 다각형상일 수 있다. 예를들어, 글라스기판(30)은, 제12도에 나타낸 바와 같이, 그 위에 형성된 8각형 패턴(55) 및 등변 삼각형 패턴(56)을 가질 수 있다. 글라스기판(30) 위로부터 조사된 노광광(10)은 X 및 Y방향으로 +1차 회절광(66,67)과 -1차 회절광(68,69)을 만들고, 또한 X 및 Y방향과 45°의 각을 형성하는 방향으로 +1차 회절광(70,71)과 -1차 회절광(72,73)을 만든다. 즉, 실시예 3은, 실시예 2와 마찬가지로, X 및 Y방향 뿐만 아니라 45°방향으로 해상력과 초점심도를 대폭적으로 향상시킨다.
일반적으로, 패턴이 8N(N은 정수)과 동일한 측부(변)을 갖도록 형성되는 경우, X 및 Y방향 뿐만 아니라 45°방향으로 해상력과 초점심도가 향상된다.
예를들어, 패턴은 5각 형상일 수 있다. 이 경우, 해상력과 초점심도는 72°, 144°, 216° 및 288°방향으로 향상된다. 패턴이 N측부를 갖는 다각형상인 경우, 해상력과 초점심도는 X 혹은 Y방향으로 W의 각을 형성하는 방향으로 향상된다. 이 각 W는 다음과 같이 나타내어진다.
W=(360/N)×M(M은정수)
본 발명이 특정 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지는 이들 특정 실시예에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 반대로, 본 발명의 요지는 다음의 특허청구의 범위의 사상과 범위내에 포함될 수 있는 모든 대안, 변형 및 균등물을 포함하도록 하는 것이다.

Claims (17)

  1. 광원, 글라스기판, 차광체로 이루어진 제1패턴을 갖는 마스크, 투영렌즈, 및 상기 광원으로부터의 광을 상기 마스크에 조사하여 상기 패턴을 반도체 웨이퍼상으로 전사하는 조명광학계를 구비하는 반도체 웨이퍼 노광장치로서, 상기 글라스기판은 상기 조명광학계의 일부를 구성하고 복수개의 제2패턴을 가지며, 상기 복수개의 제2패턴은 광투과성이고 각각 서로 다른 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴 각각은 다각형상인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴 각각은 직사각 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴 각각은 정사각 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴은 직사각 형상과 3각 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 직사각 형상은 정사각 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 3각 형상은 등변 삼각 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 다각형상은 8각 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴은 서로 일치되지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴은 하나는 제1사각형상이고, 다른 하나는 직사각 형상인 내부공간을 갖는 제2직사각 형상인, 2군의 직사각 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2직사각 형상의 내부공간은 상기 제1직사각 형상과 형상이 동일함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴은 서로로부터 상이하게 간격지워지는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  13. 제11항에 있어서, 인접한 제1직사각 형상간의 간격은 인접한 제2직사각 형성간의 간격의 반인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  14. 제4항에 있어서, 상기 복수개의 제2패턴은 하나는 제1정사각 형상이고, 다른 하나는 정사각 형상인 내부공간을 갖는 제2정사각 형상인, 2군의 정사각 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2정사각 형상의 상기 내부공간은 상기 제1정사각 형상과 형상이 동일함을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1정사각 형상은 인접한 제1정사각 형상간의 간격의 반인 길이를 갖는 측부를 갖고, 상기 제2정사각 형상은 인접한 정사각 형상간의 간격의 반인 길이를 갖는 측부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
  17. 제2항에 있어서, 상기 다각형상은 8N(N은 정수)인 측부들을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 노광장치.
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