KR0173168B1 - 웨이퍼상의 레지스트막을 노광하기 위한 노광계와 그에 사용되는 조명계 및 방법 - Google Patents

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Abstract

선형 편광 조명광을 소정 패턴을 갖는 마스크상에 조사하기 위한 조명계와 레지스트막을 위에 구비한 웨이퍼가 놓이는 장착계를 적어도 포함하고 적어도 상기 광이 상기 웨이퍼의 경사 혹은 수집부상에 조사될 때 상기 광의 편광 방향을 P - 편광 방향으로 제어하는 수단을 또한 구비하는 노광계.

Description

웨이퍼 상의 레지스트막을 노광하기 위한 노광계 및 그에 사용되는 조명계
제1도는 P - 편광광 및 S - 편광광 대 인터페이스 상으로의 입사광의 다양한 각 (angle) 각각의 반사율을 나타내는 선도.
제2도는 웨이퍼 상의 레지스트막의 P - 편광광 및 S - 편광광 각각의 전계의 강도 분포를 나타내는 수직방향의 비교도.
제3a도 및 3b도는 수직 혹은 경사 입사광 각각의 마스크에 의한 회절을 나타내는 수직방향의 도면.
제4a도 및 제4b도는 각각 P - 편광 및 S - 편광을 위한 공간 필터를 나타내는 평면도.
제5도는 복수개의 스트라이프 패턴(stripe pattern)을 갖는 마스크를 나타내는 평면도.
제6도 및 제7도는 웨이퍼 상의 레지스트막에서 각각 P - 편광 및 S - 편광광 각각의 전계의 강도 분포를 나타내는 수직방향의 도면.
제8도 및 제9도는 각각 본 발명에 따른 제 1 및 제 2 실시예에서의 노광계를 나타내는 선도.
제10도는 본 발명에 따른 제 3 실시예에서의 조명계를 나타내는 선도.
제11도는 P - 편광을 위한 공간 필터를 나타내는 평면도.
제12도는 P - 편광을 위한 다른 공간 필터를 나타내는 평면도.
제13도는 본 발명에 따른 제 4 실시예에서의 조명계를 나타내는 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 12 : 기판 2, 23 : 불투명 부분
3 : 광학 렌즈 4, 52 : 레지스트막
6 : 광원 5, 28, 53 : 웨이퍼
7, 101 : 편광기 8 : 제어부
9, 83, 85 : 플라이아이 렌즈 10, 84 : 컨덴서 렌즈
11, 22 : 마스크 13 : 스테이지
22, 41 : 투명 기판 24 : 네가티브 제 1 차부
25 : 0 차부 26 : 포지티브 제 1 차부
27 : 렌즈 29 : 조명광
30 : 2 차 조명 광원 31, 32 : 스퀘어 개구부
82 : 콜리메이터 렌즈 86, 110 : 공간 필터
92, 93, 94, 120, 130, 140 : 반파 필터
102 : 제어부 103, 105 : 반사미러
104, 106 : 회전 장치
본 발명은 반도체 웨이퍼 상의 레지스트막을 노광하기 위한 노광계에 관한 것, 및 레지스트막을 노광하기 위한 회로패턴을 갖는 마스크를 조명하기 위한 노광계에 사용되는 조명장치에 관한 것이다.
노광 공정은 반도체 집적회로를 제조하기 위한 가장 중요한 공정중의 하나이다. 반도체 집적회로의 크기 축소를 성취하기 위해서는, 웨이퍼상의 레지스트막으로의 미세 마스크 패턴의 정교하고 정확한 투영이 우수한 노광계의 사용에 의해 이루어져야 하는 것이 필수적이다.
레지스트막이 구비되는 웨이퍼의 표면의 평편도는 실질적으로 포토리소그래피에 있어 중요한 치수들을 제한해 왔다. 노광은 웨이퍼 상에 구비된 감광성을 갖는 레지스트막에 마스크 패턴을 투영하기 위해 행해지고 마스크는 조명원과 레지스트막 사이에 위치한다. 마스크는 투명 플레이트와 그 플레이트의 표면 상에 구비된 불투명 부분을 구비한다. 조명광은 불투명 부분을 제외하고 마스크를 통과한다.
일반적으로, 회로 패턴을 갖는 마스크를 통과하는 조명광은 감광성을 갖는 레지스트막이 구비된 웨이퍼의 표면에 직각으로 조사된다. 이 조명광은 레지스트막 상에 조사되고 이것을 통과하여 조명광의 부분이 반사되는 웨이퍼의 표면에 이른다. 웨이퍼 표면으로부터의 조명광의 반사 방향은 웨이퍼 표면의 배향에 따른다. 비록 이상적인 웨이퍼가 완전한 평탄 표면을 갖는다 할지라도, 실제 웨이퍼는 필수적으로 배선층들과 어떤 소자들에 관련하는 복잡한 다층 구조에 기인하여 경사 영역 혹은 드롭 부분 (dropped Portion)을 포함하는 것과 같은 다소 불규칙한 표면을 갖는다. 조명광이 경사 영역에 스폿될 때, 웨이퍼상의 레지스트막에서의 광의 반사 부분은 경사 방향을 갖는다. 이 때문에, 경사 영역으로부터 한번 반사되는 부분을 포함하는 조명광은 이미 마스크 패턴의 정보를 상실한다. 경사 표면에 의한 광의 경사 반사는 반사광 부분이 마스크의 불투명 부분 바로 아래의 레지스트막의 위치로, 어떠한 조명광도 있지 않아야 하는 레지스트막의 바로 아래 부분에 오게 한다. 즉, 노광이 피해져야 하는 레지스트막의 부분이 조명광에 노광되게 된다. 또한, 웨이퍼 표면이 양호한 평편도를 갖더라도, 조명광의 큰 반사율이 정상파가 레지스트막에 존재하게 하여 레지스트 프로파일의 감퇴(decline) 와 함께 심각한 문제를 초래한다.
이러한 문제에 대처하기 위해, 광의 반사를 억압하기 위해 레지스트막과 웨이퍼의 표면 사이에 반반사 코팅을 제공하는 것이 제안되었다. 그러나, 이 방법은 웨이퍼에 오염물질을 제공한다는 또다른 심각한 문제와 관련되어 있다. 제조공정의 견지에서, 이것은 또다른 제조단계들을 필요로 하는 불이익을 갖는다.
대안으로, 제안된 또다른 방법은 웨이퍼의 표면 상에 도달할 수 있는 조명광의 양을 감소시키기 위해 염료 첨가제를 포함하는 레지스트를 사용하는 것이다. 그러나, 이 방법은 노광 후 수직 레지스트 프로파일의 감퇴의 다른 문제를 맞게 된다.
본 발명의 주목적은 상기 서술한 문제점이 없는 신규의 노광계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 상에 구비된 레지스트막 상으로의 미세 마스크 패턴에 대한 정보의 정교하고 완전한 투영을 하는 신규의 노광계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼 표면으로부터의 조명광의 반사량을 상당히 감소시키는 신규의 노광계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 어떠한 염료 첨가제도 없는 레지스트막을 사용하게 하는 신규의 노광계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반반사 코팅을 사용할 필요가 없는 신규의 노광계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상술한 어떤 문제점도 없는 노광계에 사용되는 신규의 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼 상에 구비된 레지스트막 상으로의 미세 마스크패턴에 대한 정보의 정교하고 완전한 투영을 하는 노광계에 사용되는 신규의 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼 상에 구비된 레지스트막 상으로의 미세 마스크 패턴에 대한 정보의 정교하고 완전한 투영을 하는 노광계에 사용되는 신규의 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼 표면으로부터의 조명광의 반사량을 상당히 감소시키는 노광계에 사용되는 신규의 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 어떠한 염료 첨가제도 없는 레지스트막을 사용하게 하는 노광계에 사용되는 신규의 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 어떠한 염료 첨가제도 없는 레지스트막을 사용하게 하는 노광계에 사용되는 신규의 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반반사 코팅을 사용할 필요가 없는 노광계에 사용되는 신규의 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기 서술한 문제점들이 없는 신규의 노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼 상에 구비된 레지스트막 상으로의 미세 마스크 패턴에 대한 정보의 정교하고 완전한 투영을 하는 신규의 노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼 표면으로부터의 조명광의 반사량을 상당히 감소시키는 신규의 노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 어떠한 염료 첨가제도 없는 레지스트막을 사용하게 하는 신규의 노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 반반사 코팅을 사용할 필요가 없는 신규의 노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 작은 수의 공정에 의해 이루어지는 신규의 노광 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 다음의 설명으로부터 분명해질 것이다.
소정 패턴을 갖는 마스크 상에 직선 편광 조명광을 조사하기 위한 노광계에 포함된 조명계에 있어서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 조명계는, 소정 패턴을 갖는 마스크 상에 직선 편광 조명광을 조사하기 위한 노광계에 포함된 조명계에 있어서, 상기 광의 편광 방향을 P - 편광 방향으로 제어하기 위한 수단을 구비하되, 상기 제어 수단은, 광원과 광학 렌즈들 사이에 구비되며, 상기 광이 상기 마스크의 표면에 경사각도로 상기 마스크 상에 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖도록 하며, 상기 제어 수단은, 상호 이격되어 있는 적어도 복수개의 반파 플레이트들을 갖는 공간 필터를 포함하며, 상기 반파 플레이트들의 각각은 상기 필터의 반경 방향을 따라 편극 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 조명계에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 노광계는, 직선 편광 조명광을 소정 패턴을 갖는 마스크 상에 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 조명계; 및 레지스트막을 위에 구비한 웨이퍼가, 그 위에 놓이는 장착계;를 포함하되, 적어도 상기 광이 상기 웨이퍼의 경사 혹은 수직부상에 조사될 때, 상기 광의 편광 방향을 P - 편광 방향으로 제어하는 수단을 더 구비하며, 상기 제어 수단은, 광원과 광학 렌즈들 사이에 구비되며, 상기 광이 상기 마스크의 표면에 경사 각도로 상기 마스크 상에 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖도록 하며, 상기 제어 수단은, 상호 이격되어 있는 적어도 복수개의 반파 플레이트들을 갖는 공간 필터를 포함하며, 상기 반파 플레이트들의 각각은 상기 필터의 반경 방향을 따라 편극 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 노광계에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 직선 편광 조명광을 소정 패턴을 갖는 마스크 상에 조사하기 위한 조명계와 레지스트막을 그 위에 구비한 웨이퍼가 놓이는 장착계를 적어도 포함하고 적어도 광이 웨이퍼의 경사 혹은 수집부상에 조사될 때 광의 편광 방향을 P -편광 방향으로 제어하는 수단을 또한 구비하는 노광계를 제공하는 것이다. 이 장착계는 웨이퍼가 놓이는 회전 장착 플레이트와, 적어도 광이 웨이퍼의 경사 혹은 수직부 상에 조사될 때 광의 편광 방향이 P - 편광 방향을 유지하도록 장착 플레이트의 회전을 제어하는 회전 제어부를 구비한다. 제어소자는 광원과 광학 렌즈 사이에 제공되는 편광기를 구비한다. 이 제어소자는 반파 플레이트를 구비한다. 이 제어소자는 광원과 광학 렌즈들 사이에 구비되고 광이 마스크의 표면에 경사각으로 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖는다. 이 제어소자는 서로 이격되어 있는 적어도 복수개의 반파 플레이트를 갖는 공간 필터를 구비하고, 반파 플레이트 각각은 필터의 반경 방향을 따라 편광 방향을 갖는다. 이 공간 필터는 디스크와 같은 형상을 갖고 반파 플레이트는 개별의 반파 플레이트의 편광 방향이 반경방향을 지향하는 환형 조명을 위한 공간 필터의 주변부를 따라 순환 형태로 구비된다. 이 공간 필터는 디스크 같은 형상을 갖고 반파 플레이트는 서로 접촉하도록 구비되고, 공간 필터의 중심으로부터 개별 반파 플레이트의 편광 방향이 반경 방향을 지향하는 주변부까지 연속적으로 구비된다. 이 제어소자는 편광기와 광학 렌즈 사이에 제공되어 마스크 위의 조명광 주사를 행하며, 광이 마스크 상에 마스크의 표면에 경사각으로 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖는 주사계를 구비한다. 이 주사계는 주사 동안 광이 마스크 상에 경사각으로 조사되도록 광의 주사를 행하기 위해 편광기의 작동과 관련하여 미러면 방향을 제어하는 제어기가 제공되는 한 쌍의 반사 미러를 구비한다.
본 발명은 또한 소정 패턴을 갖는 마스크 상에 직선 편광 조명광을 조사하기 위한 노광계에 포함된 조명계에 있어서, 광의 편광 방향을 소정의 방향으로 제어하기 위한 소자를 구비하는 조명계를 제공한다. 이 편광 방향은 p 편광 방향으로 제어된다. 이 제어소자는 광원과 광학 렌즈 사이에 제공된 편광기를 구비한다. 이 제어소자는 반파 플레이트를 구비한다. 이 제어소자는 광원과 광학 렌즈 사이에 구비되고 광이 마스크의 표면에 경사 각도로 마스크 상에 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖는다. 이 제어소자는 서로 이격되어 있는 적어도 복수개의 반파 플레이트를 갖는 공간 필터를 구비하고, 반파 플레이트 각각은 필터의 반경 방향을 따라 편광 방향을 갖는다. 이 공간 필터는 디스크와 같은 형상을 갖고 반파 플레이트는 개별의 반파 플레이트의 편광 방향이 반경 방향을 지향하는 환형 조명을 위한 공간 필터의 주변부를 따라 순환형태로 구비된다. 이 공간 필터는 디스크와 같은 형상을 갖고 반파 플레이트는 공간 필터의 중심으로부터 개별 반파 플레이트의 편광 방향이 반경방향을 지향하는 주변부까지 서로 접촉하고 연속적으로 구비된다. 이 제어소자는 편광기와, 편광기와 광학 렌즈들 사이에 제공되어 마스크 위의 조명광 주사를 행하며, 광이 마스크의 표면에 경사각으로 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖는 주사계를 구비한다. 이 주사는 주사 동안 광이 마스크 상에 경사각으로 조사되도록 광의 주사를 행하기 위해 편광기의 작동과 관련하여 미러면 방향을 제어하는 제어부가 제공되는 한 쌍의 반사 미러를 구비한다.
본 발명은 또한 소정 패턴을 갖는 마스크를 통하여 마스크 패턴의 광학상 (optical images)을 레지스트막 상으로 투영하기 위해 조명광을 레지스트막 상으로 조사하는 노광방법으로서, 광의 편광방향은 적어도 광이 웨이퍼의 경사 혹은 수직부상에 조사될 때 P - 편광 방향으로 제어되는 노광방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 신규의 노광계는 소정패턴을 갖는 마스크 위에 제공되고 조명광을 마스크 상으로 조사하기 위한 조명계와, 마스크 아래 및 웨이퍼상의 감광성을 갖는 레지스트막 위에 구비되고 레지스트막 상으로 마스크 패턴의 광학상을 투영하는 투영계를 포함하고, 노광계는 또한 웨이퍼상의 레지스트막으로 조사되는 조명광의 편광방향을 제어하는 제어계를 구비한다. 제어계는 P - 편광광이 웨이퍼 표면의 경사 영역 상에 조사되도록 조명광의 편광 방향을 제어할 수 있다. P - 편광광은 입사광의 전기 벡터의 진동 방향이 입사면에 포함되는 직선 편광광을 의미하며, 이와 대조적으로, S - 편광광은 또한 입사광의 전기 벡터의 진동 방향이 입사면에 수직인 직선 편광광을 의미한다.
따라서, 본 발명의 노광계는 P - 편광이 웨이퍼의 표면의 경사 영역에 대하여 유지되도록 조명광의 편광 방향을 제어하는 제어계를 구비한다. P - 편광이 웨이퍼의 표면의 경사 영역에 대하여 유지되도록 조명광의 편광 방향 제어는 입사광의 편광 방향을 직접 제어 또는 웨이퍼의 방향을 제어함으로써 이루어질 수 있다. 웨이퍼의 방향을 제어하기 위해서는, 입사광이 웨이퍼의 표면의 경사 영역에 대하여 P - 편광을 가지도록 웨이퍼가 놓이는 스테이지를 회전시키는 것이 가능하다.
웨이퍼 표면의 경사 영역으로의 P - 편광광 입사는 노광계가 웨이퍼상의 레지스트막으로 마스크 패턴의 광학상을 정확하고 완전한 투영을 행하도록 한다. 그 이유에 대해서는 하기에서 상세히 기술한다.
상술한 바와 같이, 웨이퍼 상에 투영된 마스크 패턴의 감퇴는 웨이퍼의 경사 영역으로부터 조명광이 경사 방향에서의 반사에 의해 야기된다. 웨이퍼상의 감광성을 갖는 레지스트막으로의 미세 마스크 패턴의 바람직하게 정확하고 완전한 투영의 가능성을 얻기 위해서는, 웨이퍼 표면의 경사 영역으로부터 광의 경사 반사를 가능한 억압시키는 것이 필수적이다. 웨이퍼의 경사면상으로의 조명광의 입사는 하나의 평면상의 경사 광입사로 간주된다. 제1도에 예시되어 있는 바와 같이, P - 편광광 및 S - 편광광 각각은 계산된 반사율 대 다양한 광입사각을 갖는다. 상기의 계산은 레지스트막이 n = 1.76의 굴절률과 k = 0.012의 흡수 계수를 갖고 실리콘 기판 또는 실리콘 웨이퍼가 n = 1.41의 굴절률과 k = 3.35의 흡수계수를 가지며, 또한 조명광은 248nm의 파장을 갖는 krF 엑시머 레이저빔이라는 조건하에서 이루어졌다. 제1도로부터, P - 편광광은 비제로 (non-zero) 의 다양한 입사각에 대해 낮은 반사율을 보여주는 반면, S - 편광광은 비제로의 다양한 입사각에 대해 높은 반사율을 보여주고 있음을 알 수 있다. P - 편광광에 대해서, 입사각이 0°로부터 약 60°까지 증가함에 따라 반사율이 감소하며, 약 60°의 입사각에서는 최소값을 갖는다. 이와 대조적으로, S - 편광광은 단순히 입사각이 증가함에 따라 증가되며, 0°의 입사각에서는 최소값을 갖는다. P - 편광광은 S - 편광광보다 비제로의 광입사각에서는 반사율이 작다.
S - 편광에서는, S - 편광광의 전계 방향이 레지스트막으로의 웨이퍼의 계면상에 야기된 유도전류의 방향과 일치하여, 계면상의 S - 편광광의 조사는 다량의 유도전류를 야기시켜, 계면으로부터의 광 반사도를 크게 한다. P - 편광에서는, P - 편광광의 전계 방향이 유도전류의 방향과 일치되지 않아, 계면상의 S - 편광광의 조사가 유도전류가 야기되는 것을 방지하여, 계면으로부터 광 반사도를 작게 한다.
입사각 대 반사율의 관계의 상기 결과는 비제로 입사각 또는 경사 광입사에서, P - 편광광이 낮은 반사율을 나타내어, 웨이퍼 표면의 경사 영역으로부터 광의 경사 반사율을 감소시키는 반면에, S - 편광광은 높은 반사율을 나타내어, 웨이퍼 표면의 경사 영역으로부터 광의 경사 반사량을 많게 함을 의미한다. 제2도를 참조하면 보다 명백해질 것이다. 소정의 패턴을 구비한 마스크는 유리 기판(1)과, 기판(1)의 저부면 상에 구비된 불투명 부분(2)을 포함한다. 광학 렌즈(3)는 마스크 아래이지만 경사 측벽 및 평탄한 저부로 정의된 리세스부를 갖는 기판 또는 웨이퍼(5)의 상부 표면상에 구비된 레지스트막(4)위에 위치된다. 두 형태의 직선 편광 또는 P - 편광광 및 S - 편광광은 마스크 패턴의 광학상을 처리함과 함께 레지스트막(4)상에 투영된다. P - 편광광 및 S - 편광광이 조사된 레지스트막 상은 상이한 광전계 강도의 분포(15)를 갖는다. 레지스트막은 광전계에만 민감하고 그의 자계에는 민감하지 않다. P - 편광광에서, 기판 표면의 리세스부의 경사 와이드벽에 의해 P - 편광광이 거의 반사되지 않기 때문에, 불투명 부분 바로 아래에는 광전계가 존재하지 않는다. 이는 마스크 패턴의 광학상이 레지스트막(4) 상에 정확하고 완전하게 투영된다는 것을 의미한다. 이와 대조적으로, S - 편광광에서는, 기판 표면의 리세스부의 경사 와이드벽에 의해 S - 편광광의 상당한 양이 반사되기 때문에, 불투명 부분 바로 아래에는 상당한 양의 광전계가 존재한다. 이는 레지스트막(4) 상에 투영된 마스크 패턴의 광학상의 감퇴를 의미한다. 이러한 이유 때문에, 본 발명은 마스크 패턴의 광학상의 정확하고 완전한 투영을 얻기 위하여 단지 P - 편광광만을 이용한다.
물론, 평면 표면 또는 저부 평면상에 직각으로 조사된 조명광의 일부는 직각으로 반사됨으로써, 직각으로 조사된 광의 경사 반사가 없어 레지스트막 상에 투영된 마스크 패턴의 광학상의 감퇴가 없다.
본 발명에 따른 노광계는 소정의 패턴을 갖는 마스크 상에 마스크 표면에 경사각으로 직선 편광 조명광을 조사하는 조명계를 구비하며, 직선 편광광은 바람직하게는 P - 편광광이다. 소정의 미세 패턴을 갖는 마스크 표면으로 선형 편광광, 바람직하게는 P - 편광광을 조사하는 조명계는 마스크 패턴이 극히 미세할 때 보다 유용하다. 마스크 패턴이 미세할수록, 마스크를 통과하는 조명광의 회절각은 크다. 극히 미세 패턴을 갖느 마스크 상에 마스크 표면에 직각으로 조명광이 조사되면, 광의 0 차부만 웨이퍼 상에 조사되어, 웨이퍼 표면상에는 광학상이 전혀 투영되지 않는다. 이와 대조적으로, 극히 미세 마스크 패턴 상에 마스크 표면에 경사각으로 조명광이 조사되면, 광의 0 차부 뿐만 아니라 그의 적어도 포지티브 및 네가티브 1차부의 어느 하나가 웨이퍼 상에 조사되어 소정의 광학상이 웨이퍼 표면상에 투영되도록 한다.
제3a도에서, 투명기판(22) 및 미세 마스크 패턴을 정의하는 불투명 부분(23)을 포함하는 마스크의 상부면상에 표면에 수직인 조명광(21)이 조사되는데, 여기에서, 조명광(21) 은 0 차부 (25) 및 네가티브 및 포지티브 제 1 차부(24, 26) 로 회절된다. 0 차부(25)만 렌즈(27)를 통과하여 웨이퍼(28) 상에 조사되고 네가티브 및 포지티브 1 차부(24, 26)는 웨이퍼(28) 표면상에 조사되지 않아, 조명광(21)이 수직 입사를 할 때, 웨이퍼(28) 상에는 어떠한 광학상도 형성되지 않는다.
제 3b도에서, 경사 조명광(29)이 마스크 상에 조사되어 0차부(25) 및 네가티브 및 포지티브 제 1 차부(24, 26) 로 회절되지만, 0차부(25)와 포지티브 제 1 차부(26) 가 렌즈(27)를 통과하여 웨이퍼(28) 상에 조사되고, 네가티브 제 1 차부(24)는 웨이퍼(28) 표면상에 조사되지 않아, 조명광(21)이 경사 입사할 때 웨이퍼 상에는 소정의 광학상이 형성된다.
상기의 관점에서, 본 발명에 따른 조명계는, 마스크 패턴이 극히 미세하고, 마스크를 통과하는 광회절이 큼에도 불구하고, 웨이퍼 상에 소정의 광학상이 투영되도록 하기 위하여, 조명광이 마스크 표면에 경사 방향으로 마스크 상에 조사되도록 한다. 제 4a 및 제 4b도에 예시되어 있는 바와 같이, 마스크로의 조명광의 경사 입사는 2차 조명광원에 의해 얻어질 수 있다. 2차 조명광원에 의해 얻어질 수 있다. 2차 조명광원 (30) 은 두 개의 스퀘어 개구부(31, 32)를 갖는 공간 필터로 덮여 있으며, 개구부 모두는 상호 이격되고 코우히어런트 인자 시그마가 0.5 내지 0.6이 되도록 2 차 조명광원(30)의 중앙부로부터 이격되게 구비된다. 제 4a 및 4도간의 차이점은 편광 방향에 있다. 즉, 제 4a도에서는, P - 편광광이 두 개의 개구부(31)를 통하여 조사되고, 제 4b도에서는 S - 편광광이 개구부(32)를 통하여 조사된다. 상호 이격된 두 개의 개구부는 마스크 상에 직선 편광광의 경사 입사를 제공한다. 제5도에 예시되어 있는 바와 같이, 상호 이격된 두 개의 개구부를 통과하는 직선 편광 조명광은 투명 기판(41) 및 기판(41) 상의 불투명 부분(23)을 포함하는 마스크(22) 상에 조사된다. 마스크는 웨이퍼상의 차광 (dark) 스트라이프 라인의 폭과 차광 스트라이프 라인의 피치가 각각 0.2 μm 인 패턴을 갖는다. 조명광은 파장이 248 nm 인 krF 엑시머 레이저이다. 투영 광학계의 개구수 (numerical aperture)는 0.6 이다. 마스크 패턴의 광학상을 갖는 조명광이 거의 수직 측벽 및 평탄한 저부로 정의되는 리세스부를 갖는 웨이퍼 상에 구비된 레지스트막 상에 조사된다. 조명광이 P - 편광광일 때, 리세스부를 갖는 웨이퍼상의 레지스트막내의 광전계 강도의 분포는 제6도에 도시된 바와 같다. 이와 대조적으로, 조명광이 S - 편광광일 때, 광 전계강도의 분포는 제7도에 도시된 바와 같다. 제6도에서, 광 전계강도의 분포(51)는 바람직한 패턴에 가깝다.
즉, 제5도에 도시된 마스크(22)의 불투명 부분(23) 바로 아래에는 광의 전계가 존재하지 않는다. 이는 웨이퍼 표면이 리세스부의 수직벽을 갖더라도, 레지스트막 (52) 상에 P 편광광에 의해 마스크 패턴의 광학상은 정밀하고 정확하게 투영된다는 것을 의미한다. 제7도에서, 광전계의 강도 분포(51)는 결코 바람직한 패턴이 아니다. 즉, 제5도에 도시된 마스크(22)의 불투명 부분(23) 바로 아래에서 상당한 광전계 양이 웨이퍼 (53) 의 리세스부의 수직벽으로부터의 광반사에 의해 존재한다. 이는 S - 편광광에 의해 레지스트막(52) 상에 투영된 마스크 패턴의 광학상의 심한 감퇴를 의미한다.
상술한 바와 같이, 직선 편광 조명광은, 바람직하게는 미세 마스크 패턴의 정밀하고 정확한 광학상을 레지스트막 상에 투영되도록 할 수 있는 P - 편광광이다.
웨이퍼가 리세스부나 불량한 표면 평편도를 가지고 있더라도, 웨이퍼의 레지스트막 상에 투영된 소정의, 정밀하고 정확한 광학 마스크 패턴을 확보하기 위해 P 편광광은 마스크의 표면에 대해 경사각으로 마스크 상에 조사된다.
신규의 노광계가 제공되는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 후술한다. 제8도에는 신규의 노광계가 도시되어 있다. 신규의 노광계는 마스크(11) 위에 제공되는 조명계와 마스크(11) 아래에 및 스테이지(13) 상에 위치된 기판(12) 위에 제공되는 투영계를 필수적으로 구비한다. 조명계는 직선 편광성을 지닌 조명광을 방출하는 광원(6)을 포함한다. 편광기(7)는 조명용 방출광이 소정의 직선 편광, 예컨대 P 편광되도록 광원(6) 아래에 구비된다. 편광기(7)는 이 편광기(7)에 전기적으로 접속된 제어부(8)에 의해 제어되어 P - 편광과 같은 소망의 편광을 얻는다. 조명용 P - 편광광은 플라이아이렌즈(9) 및 컨덴서렌즈(10)를 통과한 후에 마스크(11) 상으로 조사된다. 마스크(11) 는 소정의 패턴을 가지고 있다. 마스크(11)를 통과한 P - 편광광은 마스크 패턴의 광학상을 가지고 있고, 투영 광학 렌즈계(3)를 통과하여 도시되지 않은 레지스트막이 제공되어 있는 기판(12) 상에 조사된다. 편광기(7) 및 제어부(8)는 반파 플레이트 및 기계적 캐리어를 포함할 수 있고, 선택적으로광전자 편광회전자 및 전원을 포함할 수 있다. 직선 편광의 회전량은 편광기(7)에 의해 제어되어 입사광이 웨이퍼 표면의 경사영역에 대하여 P - 편광 방향을 갖게 된다. 광원은 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, 고압 수은 램프의 ⅰ- 선 또는 g - 선, 또는 X - 선일 수 있다. 기판은 실리콘 기판 또는 산화 실리콘 기판 같은 반도체 기판, 또는 알루미늄 기판 같은 금속 기판일 수 있다.
신규의 노광계가 제공되는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 후술한다. 제9도에는 신규의 노광계가 도시되어 있다. 이 신규의 노광계는 필수적으로 마스크(11) 위에 제공된 조명계와, 마스크(11)의 아래 및 스테이지(13) 상에 위치하는 기판의 위에 제공되는 투영계를 구비한다. 조명계는 직선 편광 조명광을 방출하는 광원(6)을 포함한다. 조명용 직선 편광광은 플라이아이렌즈(9) 및 컨덴서 렌즈(10)를 통과한 후, 마스크(11) 상에 조사된다. 마스크(11)는 소정의 패턴을 갖는다. 마스크(11)를 통과한 직선 편광광은 마스크 패턴의 광학상을 가지고 있고, 투영 광학 렌즈계(3)를 통과하여 도시되지 않은 레지스트막이 제공되어 있는 기판 상에 조사된다. 스테이지(13)는 스테이지 제어기(14)의 제어에 의해 회전될 수 있다. 조명광의 직선 편광 방향은 기판(12)이 위치해 있는 스테이지의 회전에 의해 제어되어, 입사광이 웨이퍼 표면의 경사영역에 대해 P - 편광 방향을 갖도록 한다. 광원은 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머레이저, 고압수은 램프의 ⅰ- 선 또는 g - 선, 또는 X - 선 일 수 있다. 기판은 실리콘 기판 또는 산화 실리콘 기판 같은 반도체 기판, 또는 알류미늄 기판 같은 금속 기판일 수 있다.
노광계에 사용되는 신규의 조명계가 제공되는 본 발명에 따른 제 3 실시예를 후술한다. 신규의 조명계는 제10도에 도시되어 있고, 광원(81), 콜리메이터 렌즈(82), 플라이아이렌즈(83), 공간 필터(86) 및 컨덴서 렌즈(84)를 구비한다. 광원에서 방출되는 직선 편광 조명광은 콜리메이터 렌즈(82)를 통과한 후, 플라이아이렌즈(83)를 통과한다. 조명광은 P - 편광을 제공하는 공간 필터(86)를 계속하여 통과한다. 공간 필터에는 광이 통과하는 복수개 이상의 개구부를 갖는 금속 플레이트를 포함할 수 있다. 개구부는 상호 이격되도록 구비되어 공간 필터(86)를 통과한 광이 그 이동의 경사방향을 갖고, 컨덴서 렌즈(84)를 통과하여, 결과적으로 경사 입사조명광이 소정의 패턴을 갖는 마스크(85) 상에 P - 편향성을 갖는다.
P - 편광성을 제공하고 광의 경사 입사를 가능하게 하는 공간 필터는 제11도에 도시된 바의 환형 공간 필터(91)일 수 있다. 환형 공간 필터(91)는 서로 상이한 편광 방향을 가지는 복수개의 반파 플레이트(92, 93, 94)로 형성된다. 복수개의 반파 플레이트(92, 93, 94)는 주변부를 따라 이격되어 필터(91)의 중심부를 에워싸는 링을 형성하여 다양한 편광 방향이 해상도를 개선할 수 있는 환형 조명을 위한 직경 방향으로 향하도록 한다.
선택적으로, P - 편광성을 제공하고 광의 경사 입사를 가능하게 하는 공간 필터는 제12도에 도시된 바의 또다른 공간 필터(110)일 수 있다. 공간 필터(110)는 서로 상이한 편광 방향을 가지는 복수개의 반파 플레이트 (120, 130, 140) 로 형성된다. 복수개의 반파 플레이트(120, 130, 140)는 필터(110)의 중심부에서 주변부를 향하여 주변 가장자리와 접하지 않게 방사상으로 그리고 연속적으로 제공되어 있어 다양한 편광방향이 직경 방향으로 향한다.
광원은 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, 고압 수은 램프의 ⅰ- 선 또는 g - 선 또는 X - 선일 수 있다. 조명계는 투영 프린팅 뿐만 아니라 접촉 프린팅 또는 근접 프린팅에도 적용될 수 있다. 기판은 실리콘 기판 또는 산화 실리콘기판 같은 반도체 기판, 또는 알루미늄 기판 같은 금속 기판일 수 있다.
노광계에 사용되는 신규의 조명계가 제공되는 본 발명에 따른 제 4 실시예를 후술한다. 상기 신규의 조명계는 제13도에 도시되어 있다. 상기 신규의 조명계에는 직선 편광성을 가지는 조명광을 방출하는 광원(81)을 포함한다. 광원(81)의 하부에 제공된 편광기(101)에서는 방출 조명광을 소망 정도로 편광 방향의 회전을 행하여 P - 편광을 얻도록 한다.
편광기(101)는 이 편광기(101)에 전기적으로 접속된 제어부(102)에 의해 제어되어 P - 편광 같은 소망의 편광을 갖는다. 조명계는 플라이아이렌즈(83)의 전부 또는 일부에 P - 편광광을 주사하는 주사계를 가진다. 주사계에는 회전장치(104, 106) 에 의해 각각 회전 가능한 한 쌍의 반사미러(103, 105)를 구비한다. 회전 장치(104, 106)는 제어부(102)와 연관되어 작동하여 조명광의 직선 편광을 유지하고 광이 경사 입사 되도록 한다. P - 편광 조명광은 플라이아이렌즈(9) 및 컨덴서 렌즈(10)를 통과하여, 소정의 패턴을 가지는 마스크(85) 상에 마스크(85)의 표면에 대해 경사각으로 조사된다. 편광기(101) 및 제어부(102)는 반파 플레이트와 기계적 캐리어를 구비할 수 있고, 선택적으로 광전기 편광 회전자와 전원을 구비할 수 있다. 직선 편광의 회전량은 편광기(101)에 의해 제어되어 입사광이 웨이퍼 표면의 경사영역에 대하여 P - 편광 방향을 갖게 한다.
한 쌍의 반사미러(103, 105)는 미러면의 방향을 변화시키도록 이동 가능하여 조명광 주사를 위한 광 이동경로 및 경사 입사를 다양하게 한다. 광원은 KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, 고압 수은 램프의 ⅰ- 선, g - 선, 또는 X - 선일 수 있다.
조명계는 투영 프린팅 뿐만 아니라, 접촉 프린팅 또는 근접 프린팅에 적용될 수 있다. 기판은 실리콘 기판 또는 산화 실리콘기판 같은 반도체 기판, 또는 알루미늄 기판 같은 금속 기판일 수 있다.
당업자에게 본 발명의 변형이 가능하다는 것은 분명하고, 예시로서 도시하고 설명한 실시예는 제한적 의미로 의도된 것이 아니다.
따라서, 청구범위에 의해 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 본 발명의 모든 변형이 커버된다.

Claims (13)

  1. 소정 패턴을 갖는 마스크 상에 직선 편광 조명광을 조사하기 위한 노광계에 포함된 조명계에 있어서, 상기 광의 편광 방향을 P - 편광 방향으로 제어하기 위한 수단을 구비하되, 상기 제어 수단은, 광원과 광학 렌즈들 사이에 구비되며, 상기 광이 상기 마스크의 표면에 경사 각도로 상기 마스크 상에 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖도록 하며, 상기 제어 수단은, 상호 이격되어 있는 적어도 복수개의 반파 플레이트들을 갖는 공간 필터를 포함하며, 상기 반파 플레이트들의 각각은 상기 필터의 반경 방향을 따라 편극 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 조명계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 광원과 광학렌즈 사이에 제공된 적어도 하나 이상의 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공간 필터는 디스크와 같은 형상을 가지며, 상기 반파 플레이트들은, 상기 개별의 반파 플레이트들의 편광 방향들이 반경 방향 쪽을 지향하는 환형 조명을 위한 상기 공간 필터의 주변부를 따라 순환형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 조명계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반파 플레이트들은, 상호 접촉하도록 구비되며, 그리고 상기 공간 필터의 중심으로부터 상기 개별의 반파 플레이트들의 편광 방향들이 반경 방향 쪽을 지향하는 상기 주변부까지 연속적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 조명계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은, 편광기; 및 상기 편광기와 광학 렌즈들 사이에 제공되는, 상기 마스크 위의 상기 조명광의 주사를 행하는, 그리고 상기 광이 상기 마스크 상에 상기 마스크의 표면에 경사각으로 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖는, 주사계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명계.
  6. 제5항에 있어서, 상기 주사계는, 상기 주사 동안 상기 광이 상기 마스크 상에 경사각으로 조사되도록, 상기 광의 상기 주사를 행하기 위해, 상기 편광기의 작동과 관련하여 미러면 방향을 제어하는 제어기들을 구비하는 한 쌍의 반사 미러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명계.
  7. 직선 편광 조명광을 소정 패턴을 갖는 마스크 상에 조사하기 위한 적어도 하나 이상의 조명계; 및 레지스트막을 위에 구비한 웨이퍼가, 그 위에 놓이는 장착계;를 포함하되, 적어도 상기 광이 상기 웨이퍼의 경사 혹은 수직부상에 조사될 때, 상기 광의 편광 방향을 P - 편광 방향으로 제어하는 수단을 더 구비하며, 상기 제어 수단은, 광원과 광학 렌즈들 사이에 구비되며, 상기 광이 상기 마스크의 표면에 경사 각도로 상기 마스크 상에 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖도록 하며, 상기 제어 수단은, 상호 이격되어 있는 적어도 복수개의 반파 플레이트들을 갖는 공간 필터를 포함하며, 상기 반파 플레이트들의 각각은 상기 필터의 반경 방향을 따라 편극 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 노광계.
  8. 제7항에 있어서, 상기 장착계는, 상기 웨이퍼가 그 위에 높이는 회전 장착 플레이트; 및 적어도 상기 광이 상기 웨이퍼의 경사 혹은 수직부상에 조사될 때, 상기 광의 편광방향이 P - 편광 방향으로 유지되도록 상기 장착 플레이트의 회전을 제어하는 회전 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광계.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제어수단은 광원과 광학 렌즈들 사이에 제공되는 편광기를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광계.
  10. 제7항에 있어서, 상기 공간 필터는 디스크와 같은 형상을 가지며, 상기 반파 플레이트들은, 상기 개별의 반파 플레이트들의 편광 방향들이 반경 방향 쪽을 지향하는 환형 조명을 위한 상기 공간 필터의 주변부를 따라 순환 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광계.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반파 플레이트들은, 상호 접촉하도록 구비되며, 그리고 상기 공간 필터의 중심으로부터 상기 개별의 반파 플레이트들의 편광 방향들이 반경 방향 쪽을 지향하는 상기 주변부까지 연속적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 노광계.
  12. 제7항에 있어서, 상기 제어수단은, 편광기; 및 상기 편광기와 광학 렌즈들 사이에 제공되는, 상기 마스크 상으로의 상기 조명광의 주사를 행하기 위한, 그리고 상기 광이 상기 마스크의 표면에 경사각으로 상기 마스크 상에 조사되도록 하는 경사 입사 특징을 갖는, 주사계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광계.
  13. 제12항에 있어서, 상기 주사계는, 상기 주사 동안 상기 광이 상기 마스크 상에 경사각으로 조사되도록, 상기 광의 상기 주사를 행하기 위해, 상기 편광기의 작동과 관련하여 미러면 방향을 제어하는 제어기가 제공되는 한 쌍의 반사 미러들을 구비하는 것을 특징으로 하는 노광계.
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