KR100343140B1 - 종방향 및 횡방향 패턴간의 선폭 차이에 대한 보정이가능한 노광장치 및 이에 사용되는 어퍼쳐 - Google Patents

종방향 및 횡방향 패턴간의 선폭 차이에 대한 보정이가능한 노광장치 및 이에 사용되는 어퍼쳐 Download PDF

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Abstract

종방향 및 횡방향의 패턴간의 선폭 차이에 대한 보정이 가능한 노광장치 및 이에 사용되는 어퍼쳐에 관해 개시되어 있다. 여기에서 본 발명은 차광 영역에 투광 영역이 구비되어 있는 어퍼쳐에 있어서, 상기 투광영역은 상기 차광영역의 가장 얇은 부분을 잇는 장축과 이에 수직하고 상기 차광영역의 가장 두꺼운 부분을 잇는 단축을 갖는 비원형 투광영역이되, 상기 장축의 길이는 0.8시그마(σ)이고, 상기 단축의 길이는 0.6시그마(σ)∼0.7시그마(σ)인 것을 특징으로 하는 어퍼쳐 및 이를 적용한 노광장치를 제공한다. 이에 따라 슬릿 방향으로 형성된 패턴 뿐만 아니라 스캔 방향으로 형성된 패턴을 형성함에 있어서, ±1차 광 이상의 고차 회절광을 이용할 수 있다. 따라서, 동일한 방향으로 새겨진 패턴들 간의 선폭 차이 뿐만 아니라 종·횡 방향으로 형성되어 서로 수직한 패턴간의 선폭의 차이도 최소화 할 수 있다.

Description

종방향 및 횡방향 패턴간의 선폭 차이에 대한 보정이 가능한 노광장치 및 이에 사용되는 어퍼쳐{Illumination apparatus having a correctin function for a line width difference between a horizontal pattern and a vertical pattern, and an aperture using in the same}
본 발명은 반도체 장치의 제조에 사용되는 노광장치 및 그 부속인자에 관한 것으로써, 자세하게는 종방향 및 횡방향의 패턴간의 선폭 차이에 대한 보정이 가능한 노광장치 및 이에 사용되는 어퍼쳐(aperture)에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적도가 높아지면서 그 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 반도체 장치의 접적도를 높이기 위해서는 먼저 노광장치의 분해능(resolution power)를 높여야 하는데, 개구수(numeral apperture)를 크게 하는 방법과 단파장의 광원을 사용하는 방법이 있다.
개구수를 높이기 위해서는 렌즈의 구경을 크게 하여 사입사 각이 큰 광을 입사시킬 필요가 있는데, 기술적 한계로 인해 렌즈의 구경을 크게 하는데 어려움이 있다. 또한, 렌즈의 구경을 크게 할 경우, 초점 심도가 저하되므로 생산 공정에 적용하기 어렵다. 따라서, 개구수를 높이는 방법으로 노광장치의 분해능을 높이는 방법은 어렵다고 볼 수 있다.
단파장의 광원, 예컨대 심자외선 또는 그보다 짧은 파장의 광을 방출하는 광원을 사용하는 방법은 개구수를 높이는 방법에 비해 초점 심도가 적은 장점은 있으나, 감광막을 단파장에 적합한 새로운 감광막으로 바꾸어야 하고 광원로 인한 여러 가지 문제가 발생된다. 따라서, 단파장 광원을 실제 공정에 적용하는 것은 아직 시기상조이다.
또한, 상기 두 방법은 현재 사용중인 노광장치를 완전히 새로운 노광장치로 바꾸어야 하므로 많은 비용이 소요된다. 따라서, 현재 사용하고 있는 노광장치를 그대로 사용하면서 그 분해능을 높이는 것이 바람직하다. 이를 위한 방법으로, 위상 반전 마스크를 사용하는 방법과 이축조명법(off axis illumination)이 제안된 바 있다.
도 1을 참조하면, 반도체 장치의 제조 공정에 사용되는 노광 장치는 일반적으로 광원(10)을 포함해서 다수의 광학 소자들로 구성된다. 즉, 광원(10)으로부터 입사되는 광을 제한하는 어퍼쳐(12)가 구비되어 있다. 상기 어퍼쳐(12)는 원형, 원환 또는 4중극 어퍼쳐이다. 상기 어퍼쳐(12) 아래에 콘덴서 렌즈(14)가 구비되어 있다. 그리고 상기 콘덴서 렌즈(14) 아래에 마스크(16)가 정렬되어 있고, 그 아래에 마스크(16)에 새겨진 패턴을 웨이퍼 상에 전사시키는 투영렌즈(18)가 구비되어 있다. 그리고 상기 투영렌즈(18) 아래에 웨이퍼 스테이지(20)가 구비되어 있다. 참조부호 'W'는 웨이퍼 스테이지(20) 상에 로딩되어 있는 웨이퍼이다. 어퍼쳐(12)와 광원(10) 사이에도 반사판(미도시)과 같은 다수의 광학 소자가 구비되어 있다.
이러한 구성을 갖는 노광 장치의 조명법은 사용하는 어퍼쳐에 따라 달라진다. 일반적으로 원형 어퍼쳐, 원환 어퍼쳐 및 4중극 어퍼쳐가 노광 장치에 널리 사용된다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 의한 원형 어퍼쳐(21)는 차광영역(22)의 중앙에 원형의 투광영역(23)이 구비되어 있는 어퍼쳐이다. 차광영역(22)은 콘덴서 렌즈(14)에 입사되는 광중에서 광축으로부터 멀리 이격된 광선, 곧 이축 광선을 차단하는 역할을 한다. 따라서, 상기 투광영역(23)을 통과하는 광선은 노광 장치의 광축을 지나는 광선과 광축 둘레의 근축 영역에 속하는 광선이 대부분이다. 이와 같이, 원형 어퍼쳐를 이용하는 경우, 노광에 사용되는 광이 근축광선으로 제한되므로, 원형 어퍼쳐가 구비된 노광 장치를 이용한 조명은 근축 조명이 된다.
도 3을 참조하면, 종래 기술에 의한 원환 어퍼쳐(annular aperture, 24)는제1 차광영역(25)에 원형의 투광영역(26)이 구비되어 있고, 상기 원형의 투광영역(26)의 중심에 원형의 제2 차광영역(27)이 구비되어 있다. 이와 같은 종래 기술에 의한 원환 어퍼쳐를 사용하는 노광장치의 경우, 콘덴서 렌즈(14)에 입사되는 광중에서, 노광 장치의 광축을 따라 진행하는 광선, 곧 콘덴서 렌즈(14)의 광축을 통과하는 주요 광선(chief ray)과 그 둘레의 근축 광선(paraxial ray)은 상기 제2 차광영역(27)에 의해 차단된다. 이에 따라, 원환 어퍼쳐(24)를 통과할 수 있는 광은 광축으로부터 이격된 이축 광선이 대부분이므로, 원환 어퍼쳐(24)가 구비된 노광 장치를 이용한 조명법은 이축 조명법이 된다.
도 4를 참조하면, 종래 기술에 의한 4중극 어퍼쳐(28)는 차광영역(30)에 네 개의 동일한 원형 투광영역(31)이 구비되어 있다. 이때, 각 투광영역(31)은 어퍼쳐(28)의 중심과 가장자리 사이에 대칭적으로 구비되어 있다. 따라서, 4중극 어퍼쳐(28)를 사용하는 노광장치의 조명법도 이축 조명법이나, 4중극 어퍼쳐(28)는 원환 어퍼쳐(24)에 비해 이축 광선을 더 제한 하므로 노광에 사용되는 광량은 상대적으로 더 작아진다.
도 3 및 도 4에 도시되어 있는 종래 기술에 의한 원환 또는 4중극 어퍼쳐가 적용된 스캐너형 노광 장치는 피치가 작은 패턴을 형성하는데 유용하게 사용될 수 있다. 그러나, 상기 패턴들이 스캔 방향과 슬릿 방향으로 형성되어 있어 서로 수직한 경우, 스캔 방향으로 형성된 패턴과 슬릿 방향으로 형성된 패턴간에 선폭(CD) 차이를 유발할 뿐만 아니라 패턴의 피치가 작아질수록 증가된다. 따라서 반도체 장치의 집적도가 높아질수록 그 차이는 증가된다.
이러한 결과는 슬릿 방향 및 스캔 방향으로 형성된 패턴으로부터 회절된 광중에서 노광에 사용되는 광이 달라지기 때문이다.
구체적으로, 도 5는 스캐너형 노광장치를 이용하여 마스크에 새겨진 패턴의 일부를 스캔하는 순간에 슬릿 방향 및 스캔 방향으로 형성된 패턴들로부터 회절되는 회절광을 나타낸 것으로써, 참조부호 M, P 및 S는 각각 마스크, 상기 마스크(M)의 패턴 형성 영역 및 슬릿을 나타낸다. 그리고 '38'은 스캔 방향을 나타낸다. 또한, P1 및 P2는 각각 상기 패턴 형성 영역(P)내의 스캔 방향(38)으로 형성된 제1 패턴 및 슬릿(S) 방향으로 형성된 제2 패턴이다.
스캔 방향으로 형성된 패턴에 의해 회절된 광의 회절 특성을 알아 보기 위해 도 5를 6-6'방향(스캔 방향)으로 자른 도 6을 참조하면, 스캔 방향으로 형성된 제1 패턴(P1)으로부터 회절된 광중에서 0차광(R0)과 ±1차광(R±1)만이 노광에 사용됨을 알 수 있다. 이는 패턴 피치의 감소에 의한 고차 회절광의 회절각이 커진 이유도 있지만, 슬릿(S)에 의해 마스크(M)아래에 있는 렌즈계(L)의 스캔 영역이 좁게 제한되기 때문에 ±2차광 이상의 회절광은 스캔 방향으로 형성된 제1 패턴(P1)의 노광에 사용되지 못한다.
슬릿 방향으로 형성된 패턴에 의해 회절된 광의 회절 특성을 알아 보기 위해 도 5를 7-7'방향(슬릿 방향)으로 자른 도 7을 참조하면, 슬릿 방향으로 형성된 제2 패턴(P2)의 경우, 상기 스캔 방향으로 형성된 제1 패턴(P1)의 경우와 달리, 0차광(R0)과 ±1차광(R±1) 뿐만 아니라 ±2차광(R±2) 이상의 고차 회절광도 사용됨을 알 수 있다.
한편, 마스크에 새겨진 패턴을 전사함에 있어서, 패턴으로부터 회절된 회절광중 고차 회절광을 이용할수록 패턴을 보다 정확하게 전사시킬 수 있다. 따라서, 상기 제2 패턴(P2)은 제1 패턴(P1)에 비해 보다 정확하게 전사될 수 있다.
이러한 결과는 제1 패턴(P1)과 마찬가지로 제2 패턴(P2)의 피치 감소에 따라 입사광은 큰 회절각으로 회절되지만, 슬릿 방향으로 렌즈계(L)가 많이 노출되어 렌즈계(L)의 스캔 영역이 훨씬 넓어지기 때문이다.
이와 같이, 스캔 방향으로 형성된 제1 패턴(P1)과 슬릿 방향으로 형성된 제2 패턴(P2)으로부터 회절된 광중에서 노광에 이용되는 회절광이 다르기 때문에 상기 제1 및 제2 패턴(P1, P2)이 전사될 경우, 양자의 전자된 패턴간에 선폭의 차이가 나타나게 된다.
또한, 아래의 표 1을 참조하면 동일한 마스크 및 동일한 어퍼쳐를 구비하더라도 스캐너형 노광장치가 다른 경우 슬릿 방향 및 스캔 방향으로 서로 수직하게 형성된 패턴간의 선폭의 차이는 다르나, 동일한 스캐너형 노광장치에 서로 다른 어퍼쳐가 적용되는 경우 선폭의 차이는 동일함을 알 수 있다.
노광 장치/어퍼쳐(직경) 수직 패턴간의 선폭 차(H-V)
A사/원형(0.8σ) -5nm
B사/원형(0.8σ) +15nm
B사/원환(0.8σ) +15nm
B사/원형(0.6σ) +15nm
구체적으로, 동일한 마크스를 사용하되, 직경이 0.8시그마(σ: 그 값이 0일 때, 간섭성이 가장 높고, 그 값이 높을수록 간섭성이 낮아짐)인 투광영역(0.8σ 정도의 간섭성을 갖는 광을 방출하는 광원의 면적으로 간주할 수 있다)을 갖는 종래의 원형 어퍼쳐가 적용된 A사의 스캐너형 노광장치의 경우, 슬릿 방향으로 형성된 패턴과 스캔 방향으로 형성된 패턴간의 선폭차이는 -5nm정도이다. 즉, 슬릿 방향으로 패턴이 스캔 방향으로 형성된 패턴보다 5nm정도 좁게 형성된다. 동일한 조건이 적용된 B사 노광장치의 경우, +15nm정도의 선폭의 차이를 나타낸다. 즉, 슬릿 방향의 패턴이 스캔 방향의 패턴보다 15nm정도 넓게 형성된다.
한편, B사 노광장치의 상기 원형 어퍼쳐를 투광영역이 0.8σ정도의 간섭성을 나타내는 종래의 원환 어퍼쳐 및 0.6σ정도의 간섭성을 나타내는 투광영역을 갖는 종래의 원형 어퍼쳐로 순차적으로 교체하더라도 슬릿 방향의 패턴은 스캔 방향의 패턴 보다 15nm정도 넓은 선폭으로 형성된다. 곧, 수직한 패턴간의 선폭은 +15nm정도이다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 서로 수직한 방향으로 형성된 패턴을 형성함에 있어 선폭의 차이를 줄이기 위한 보상이 가능한 어퍼쳐를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 어퍼쳐를 적용한 노광장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 반도체 장치의 제조에 사용되는 노광장치의 개략적 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 종래 기술에 의한 반도체 장치의 제조에 사용되는 노광 장치에 이용가능한 어퍼쳐의 평면도이다.
도 5는 스캐너형 노광장치를 이용한 노광과정에서 마스크의 슬릿 방향 및 스캔 방향으로 형성된 패턴들로부터 회절되는 회절광을 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 5를 6-6'방향으로 자른 단면도이다.
도 7은 도 5를 7-7'방향으로 자른 단면도이다.
도 8은 종래 기술에 의한 반도체 장치의 제조에 사용되는 스캐너형 노광장치에 도 2에 도시된 원형 어퍼쳐를 적용하였을 때의 패턴 피치별 선폭의 변화를 나타낸 시뮬레이션 그래프이다.
도 9는 도 2에 도시된 원형 어퍼쳐를 적용한 종래 기술에 의한 반도체 장치의 제조에 사용되는 스캐너형 노광장치를 이용한 사진공정에서 패턴의 피치별 선폭의 변화를 실측한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10 내지 도 12은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐의 평면도이다.
도 13은 도 10 내지 도 12에 도시한 어펴쳐를 구비하는 반도체 장치의 제조에 사용되는 노광장치의 구성도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 의한 노광장치에 있어서, 슬릿과 어펴쳐간의 정렬 관계를 나타낸 평면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
40, 50, 60:제1 실시예에 의한 어퍼쳐.
42:장축. 44:단축.
52, 56:제1 및 제2 차광영역. 62:차광영역.
64, 66, 68, 70:제1 내지 제4 투광영역.
G1, G2:제1 및 제2 그래프. 100:광원.
102:어퍼쳐. 104:콘덴서 렌즈.
106, 108:제1 및 제2 슬릿. 108:마스크.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 차광영역에 투광영역이 구비되어 있는 어퍼쳐에 있어서, 상기 투광영역은 이심율(e)이 0<e<1인 비원형 투광영역인 것을 특징으로 하는 어퍼쳐(aperture)를 제공한다.
상기 차광영역에는 적어도 두 개이상의 비원형 투광영역이 구비되어 있다.
상기 비원형 투광영역 안에 원형의 차광영역이 더 구비되어 있다.
상기 차광영역에 이심율(e)이 0<e<1인 4개의 비원형 투광영역이 상기 차광영역의 중심에 대해 대칭적으로 구비되어 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 차광 영역에 투광 영역이 구비되어 있는 어퍼쳐에 있어서, 상기 투광영역은 상기 차광영역의 가장 얇은 부분을 잇는 장축과 이에 수직하고 상기 차광영역의 가장 두꺼운 부분을 잇는 단축을 갖는 비원형 투광영역인 것을 특징으로 하는 어퍼쳐를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 투광영역의 장축 및 단축의 길이는 각각 0.8시그마(σ) 및 0.6시그마(σ)이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 투광영역의 장축 및 단축의 각각 0.8시그마(σ) 및 0.7시그마(σ)이다.
상기 차광영역에 적어도 두 개 이상의 상기 투광영역이 대칭적으로 구비되어 있다.
상기 투광영역 안에 차광영역이 더 구비되어 있으며, 그 형태는 원형이다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 광원, 어퍼쳐, 집광렌즈, 마스크, 슬릿(slit), 투영렌즈 및 기판으로 이루어진 노광장치에 있어서,
상기 어퍼쳐에 이심율(e)이 0<e<1인 비원형 투광영역이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.
여기서, 상기 어퍼쳐와 관련된 다른 특징은 상술한 바와 같다.
이와 같이, 비원형 투광영역을 구비하는 어퍼쳐를 노광장치, 예컨대 스캐너형 노광장치에 슬릿의 방향에 따라 적절히 적용함으로써 마스크에 새겨진 패턴을 전사함에 있어 상기 패턴이 형성된 방향과 무관하게 상기 패턴으로부터 회절되는 회절광중에서 고차의 회절광을 이용할 수 있다. 따라서, 패턴 형성 방향의 상이함에 따른 선폭의 차를 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 종방향 및 횡방향의 패턴간의 선폭 차이에 대한 보정이 가능한 노광장치 및 이에 사용되는 어퍼쳐를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 도면에서 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
첨부된 도면들 중, 도 10 내지 도 12은 각각 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐의 평면도이고, 도 13은 도 10 내지 도 12에 도시한 어펴쳐를 구비하는 반도체 장치의 제조에 사용되는 노광장치의 구성도이다. 또한, 도 14는 본 발명의 실시예에 의한 노광장치에 있어서, 슬릿과 어퍼쳐간의 정렬관계를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 실시예에 의한 어퍼쳐를 설명하기 전에, 종래 기술에 의한 원형 어퍼쳐에서 투광영역의 변화에 따른 패턴 피치별 선폭 변화에 대한 시뮬레이션 결과를 설명한다.
도 8을 참조하면, 참조부호 G1은 투광영역의 직경이 0.8시그마(σ)인 종래의 원형 어퍼쳐를 적용하였을 때의 패턴 피치별 선폭의 변화를 나타내는 제1 시뮬레이션 그래프이고, 참조부호 G2는 투광영역이 0.6시그마(σ)인 종래의 원형 어퍼쳐일 때의 제2 시뮬레이션 그래프이다.
상기 제1 및 제2 시뮬레이션 그래프(G1, G2)를 참조하면, 투광영역의 직경이 0.8시그마(σ)인 종래의 원형 어퍼쳐를 적용하였을 때는 패턴 피치가 0.50㎛ 이상일 때 0.20nm보다 적은 선폭의 변화를 보였으나, 직경이 0.6시그마(σ)로 작아지면서 동일한 피치의 패턴에 대해서 다른 선폭의 변화를 보였고, 그 값은 0.20nm이상이었다. 또한, 패턴의 피치가 0.51㎛와 0.52㎛사이일 때, 양자의 패턴 선폭의 변화는 동일하였고, 그 이하의 피치에서는 0.6시그마(σ)인 경우가 0.8시그마(σ)인 경우보다 선폭의 변화는 작았다.
도 9는 상기 시뮬레이션 상황과 동일한 조건을 실제 패턴에 적용한 경우로써 참조부호 '▲'는 투광영역이 0.6시그마인 종래의 원형 어퍼쳐를 적용하였을 때를, '●'는 투광영역이 0.8시그마인 종래의 원형 어퍼쳐를 적용하였을 때를 각각 나타낸다.
도 9를 참조하면, 실제 측정한 패턴 선폭의 변화는 시뮬레이션 상황과 유사함을 알 수 있다.
이러한 결과를 토대로 예측컨 대, 원형 어퍼쳐의 투광영역의 일부 영역의 직경을 증가시키거나 감소시킴으로써 패턴 피치에 무관하게 선폭의 변화를 균일하게 할 수 있을 것으로 여겨진다. 곧, 서로 수직하게 형성된 패턴간의 선폭의 차이를 최소화할 수 있을 것이다.
예컨대, 도 8의 상기 제1 및 제2 그래프(G1, G2)를 참조하면, 직경이 0.8 시그마인 원형 어퍼쳐에서 투광영역의 일부 영역의 직경을 0.6시그마로 줄임으로써 패턴의 피치 변화에 따른 패턴의 선폭 변화를 0.15㎛∼0.20㎛ 사이로 줄일 수 있을 것이다.
이하, 상기와 같은 기술적 사상을 바탕으로 한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐에 설명한다.
<제1 실시예>
도 10을 참조하면, 제1 실시예에 의한 어퍼쳐(40)는 외형이 원형인 차광영역(IA)과 상기 차광영역(IA)안에 구비되어 있는 투광영역(TA)으로 구성되어 있다. 상기 투광영역(TA)은 이심율(e)이 0<e<1인 비원형 투광영역이다. 상기 투광영역(TA)은 상기 차광영역(IA)의 가장 얇은 쪽을 잇는 장축(42)과 상기 장축(42)과 수직하며 상기 차광영역(IA)의 가장 두꺼운 쪽을 잇는 단축(44)을 갖고 있다.
바람직하게는 상기 장축(42) 및 단축(44)은 각각 0.8시그마(σ) 및 0.6시그마(σ)(또는 0.7σ)이다. 이때, 0.1시그마(σ)는 0.7mm정도이다. 따라서, 상기 장축(42)은 56mm정도이고, 상기 단축(44)은 42mm정도이다. 상기 장축(42) 및 단축(44)의 길이에 따라 다양한 형태의 투광영역을 갖는 원형 어퍼쳐가 있을 수 있다. 예컨대 상기 투광영역(TA)이 타원형인 원형 어퍼쳐가 있을 수 있다.
<제2 실시예>
도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 어퍼쳐(50)는 도 10에 도시한 어퍼쳐에 대한 기술적 사상을 원환형 어퍼쳐에 적용한 경우이다.
구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에 의한 어퍼쳐(50)는 제1 차광영역(52) 안에 상기 제1 실시예에 의한 어퍼쳐(40)에 구비된 투광영역(TA)과 동형의 제2 투광영역(54)이 있고, 상기 제2 투광영역(54)의 중심에 제2 차광영역(56)이 있다. 따라서, 본 발명의 제2 실시예에 의한 어퍼쳐(50)는 도 3에 도시되어 있는 기존의 원환 어퍼쳐의 투광영역 형태가 변형된 것으로 볼 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 제2 실시예에 의한 어퍼쳐(50)도 상기 제1 실시예의 어퍼쳐(40)와 마찬가지로 상기 제2 차광영역(56)의 중심을 지나서 상기 제1 차광영역(52)의 얇은 부분을 잇는 장축과 이에 수직하고 상기 제2 차광영역(56)의 중심을 지나 상기 제2 차광영역(52)의 두꺼운 부분을 잇는 단축을 갖는다.
<제3 실시예>
도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 어퍼쳐(60)는 제1 실시예에 의한 어퍼쳐(40)에 적용한 기술적 사상을 적어도 두 개 이상의 투광영역을 갖는 어퍼쳐, 예컨대 4개의 투광영역이 형성되어 있는 사중극 어퍼쳐(quadrupole aperture)에 적용한 경우이다.
구체적으로 설명하면, 제3 실시예에 의한 어퍼쳐(60)는 차광영역(62)에 제1 내지 제4 투광영역(64, 66, 68, 70)을 구비하는 경우로써, 상기 제1 내지 제4 투광영역(64, 66, 68, 70)은 모두 상기 제1 실시예에 의한 어퍼쳐(40)의 투광영역(TA)과 동일한 형태이다. 따라서, 상기 제1 내지 제4 투광영역(64, 66, 68, 70)은 각각 투광영역의 중심을 지나는 장축과 이에 수직하고 투광영역의 중심을 지나는 단축을 갖는다. 상기 제1 내지 제4 투광영역(64, 66, 68, 70)은 상기 어퍼쳐(60)의 중심에 대해 회전 대칭을 이루고 있다.
상기한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐는 다음과 같이 제조된다.
구체적으로, 기존의 원형, 원환 또는 4중극 어퍼쳐중 선택된 어느 하나를 스캐너형 노광장치에 적용한다. 이어서, 상기 노광장치를 이용하여 마스크에 새겨진 패턴, 곧 스캔 방향으로 새겨진 패턴과 이에 수직한 슬릿 방향으로 새겨진 패턴을 기판 상에 전사한다. 전사된 패턴의 선폭 변화를 측정한다. 전사된 패턴의 선폭 변화를 측정한 데이터를 분석하여 상기 선택된 어느 하나의 어퍼쳐에서 투광영역의 일부 영역의 직경을 나머지 부분과 다른 값으로 설정한다. 이에 따라 새로운 어퍼쳐, 곧 투광영역의 형태가 비원형으로 바뀐 어퍼쳐가 만들어진다. 이렇게 만들어진 어퍼쳐를 이용하여 상기 측정 및 데이터 분석과정을 반복한다. 이렇게 함으로써, 비로소 완전한, 즉 패턴의 피치에 따른 선폭 변화가 작을 뿐만 아니라 슬릿 방향 및 스캔 방향으로 형성된 수직한 패턴간의 선폭 변화가 작아서 선폭의 변화가 균일하다고 할 수 있을 정도의 어퍼쳐가 만들어진다. 이때, 적어도 두 개 이상의 독립된 투광영역이 구비되어 있는 어퍼쳐의 경우, 상기 독립된 투광영역들중 어느 하나에 대해서만 그 형태를 비원형으로 바꾸는 것이 아니라 나머지 모두의 형태를 동일하게 비원형으로 바꾸는 것이 바람직하다.
예컨대, 4중극 어퍼쳐가 사용된 경우, 네 개의 투광영역 중 하나만을 비원형으로 바꾸는 것이 아니라 네 개의 투광영역 모두의 형태를 분석된 데이터에 따라 비원형으로 바꾸는 것이 바람직하다.
상기 비원형 어퍼쳐를 제작하여 스캐너형 노광장치에 적용함으로써, 수직하게 형성된 패턴의 선폭의 변화를 최소화하는 것이 가능하므로, 상기 비원형 어퍼쳐 제작 과정은 기존의 원형, 원환 또는 4중극 어퍼쳐 등을 이용하여 형성되는 패턴간의 선폭을 보정하는 과정으로 볼 수 있다.
다음에는 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐중 선택된 어느 하나를 구비하는 스캐너형 노광 장치에 대해 설명한다.
도 13을 참조하면, 광원(100) 아래에 어퍼쳐(102)가 놓여있다. 상기 어퍼쳐(102)는 상기 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐(40, 50, 60) 중 선택된 어느 하나이다. 예컨대 상기 어퍼쳐(102)는 차광영역 안에 투광영역이 있고, 상기 투광영역이 장축 및 이에 수직한 단축을 갖는 비원형인 본 발명의 제1 실시예에 의한 어퍼쳐(도 7의 40)이다. 상기 어퍼쳐(102) 아래에 콘덴서 렌즈(condenser lens, 104)가 구비되어 있다. 상기 어퍼쳐(102)는 상기 콘덴서 렌즈(104)의 초점 거리에 위치에 있다. 따라서, 상기 어퍼쳐(102)를 지나서 상기 콘덴서 렌즈(104)에 입사되는 광은 평행한 광을 나온다. 즉, 광이 상기 어퍼쳐(102)를 나올 때는 구면파로써 상기 콘덴서 렌즈(104)에 입사되나 상기 콘덴서 렌즈(104)를 나올 때는 평면파가 된다. 상기 콘덴서 렌즈(104) 아래에 제1슬릿(106)이 정렬되어 있고, 그 아래에 형성하고자 하는 패턴이 새겨진 마스크(108)가 구비되어 있다. 상기 패턴은 종·횡으로 수직한 라인 및 스페이서이다. 상기 마스크(108)는 노광공정에서 상기 제1 슬릿(106)의 바로 아래에서 그의 길이 방향에 수직하게 정렬되어 지나게 된다. 따라서, 상기 마스크(108)에 입사되는 광은 상기 제1 슬릿(106)에 의해 제한된다. 상기 제1 슬릿(106)과 상기 어퍼쳐(102)는 특별한 정렬 관계를 갖고 있다.
예컨대, 상기 어퍼쳐(102)가 본 발명의 제1 실시예에 의한 어퍼쳐(40)인 경우, 도 14에 도시한 바와 같이, 어퍼쳐(40)는 투광영역(TA)의 장축(42)이 스캔 방향과 평행하고, 슬릿(S) 방향과 수직하게 배열되어 있다. 이러한 배열 관계는 슬릿의 방향이 바뀌더라도 그대로 유지된다.
상기 마스크(108) 아래에 제2 슬릿(110)이 정렬되어 있다. 상기 제2 슬릿(110)은 상기 제1 슬릿(106)과 평행하게 정렬되어 있으며, 상기 마스크(108)로부터 회절된 광을 제한하는 것이 아니라 제2 슬릿(110) 아래에서 올라오는 잡광, 예컨대 반사광 등을 차단하는 역할을 한다. 상기 제2 슬릿(110) 아래에 투영렌즈(projection lens, 112)가 구비되어 있고 그 아래에는 웨이퍼 스테이지(114)가 구비되어 있다. 상기 투영 렌즈(112)는 상기 마스크(108)에 새겨진 패턴을 축소시켜 상기 웨이퍼(W) 상에 도포된 감광막에 전사시키는, 즉 감광막을 감광시키는 역할을 한다. 이렇게 감광된 감광막을 현상함으로써, 상기 웨이퍼(W) 상에 상기 마스크(108)에 새겨진 패턴과 동일한 형태의 감광막 패턴이 형성되고 이를 식각마스크로한 식각공정으로 상기 웨이퍼(W) 상에 상기마스크(108)에 새겨진 패턴과 동일한 형태의 축소 패턴이 형성된다. 결국, 상기 투영 렌즈(112)는 상기 마스크(108)에 새겨진 패턴을 상기 웨이퍼(W)의 정해진 영역에 축소시켜 전사시키는 역할을 한다. 노광공정에서 상기 웨이퍼(W)는 상기 마스크(108)에 대응되는 위치에서 마스크(108)와 평행하게 이동된다.
상기 어퍼쳐(102)는 상기 어퍼쳐 제조과정에서 설명한 바와 같이, 종래의 어퍼쳐를 이용한 노광 결과를 측정하고 분석하여 패턴이 형성된 방향에 따른 선폭의 변화를 최소화할 수 있는 형태로 제작된 것이다. 따라서, 이를 적용한 상기 노광장치는 종·횡방향으로 서로 수직하게 형성된 패턴간의 선폭의 차이를 최소화할 수 있는 보정 기능을 갖는다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐외에 기존의 다른 어퍼쳐, 예컨대 차광영역에 두 개의 투광영역을 구비하는 다이폴 어퍼쳐에서 상기 두 개의 투광영역을 본 발명의 기술적 사상에 따라 비원형으로 변형한 어퍼쳐 및 이를 적용한 노광장치를 제공할 수 있는 것이 명백하다. 또한, 본 발명에 의한 어퍼쳐를 스캐너형 노광장치에 적용하는 경우를 설명하였으나, 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 의한 어퍼쳐는 도 13에 도시한 스캐너형 노광 장치외의 다른 형태의 스캐너형 노광 장치에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 스텝퍼형 노광 장치에도 적용할 수 있음이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 차광영역에 이심율(e)이 0<e<1인 비원형 투광영역을 구비하는 어퍼쳐를 제공한다. 또한, 이러한 어퍼쳐를 적용한 스캐너형 노광장치를 제공한다. 상기 어퍼쳐는 스캐너형 노광장치에서 스캔 방향으로 형성된 패턴으로부터 회절된 광중에서 ±1차 광 이상의 고차 회절광을 이용할 수 있게 한다. 이에 따라 슬릿 방향으로 형성된 패턴 뿐만 아니라 스캔 방향으로 형성된 패턴을 형성함에 있어서, 동일한 방향으로 새겨진 패턴들 간의 선폭 차이 뿐만 아니라 종·횡 방향으로 형성되어 서로 수직한 패턴간의 선폭의 차이도 최소화 할 수 있다.

Claims (19)

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  6. 차광 영역에 투광 영역이 구비되어 있는 어퍼쳐에 있어서,
    상기 투광영역은 상기 차광영역의 가장 얇은 부분을 잇는 장축과 이에 수직하고 상기 차광영역의 가장 두꺼운 부분을 잇는 단축을 갖는 비원형 투광영역이되, 상기 장축의 길이는 0.8시그마(σ)이고, 상기 단축의 길이는 0.6시그마(σ)∼0.7시그마(σ)인 것을 특징으로 하는 어퍼쳐. 것을 특징으로 하는 어퍼쳐.
  7. 삭제
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  9. 제 6 항에 있어서, 상기 차광영역에 적어도 두 개 이상의 상기 투광영역이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 어퍼쳐.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 투광영역 안에 차광영역이 구비되어 있으며, 그 형태는 원형인 것을 특징으로 하는 어퍼쳐.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 차광영역에 4개의 상기 투광영역이 대칭적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 어퍼쳐.
  12. 광원, 어퍼쳐, 집광렌즈, 마스크, 슬릿(slit), 투영렌즈 및 웨이퍼 스테이지가 순차적으로 구비되어 있는 노광 장치에 있어서,
    상기 어퍼쳐는 이심율(e)이 0<e<1인 비원형 투광영역을 구비하되, 상기 투광영역의 장축 길이는 0.8시그마(σ), 단축 길이는 0.6시그마(σ)∼0.7시그마(σ)인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 비원형 투광영역은 상기 어퍼쳐에 적어도 두 개이상 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 비원형 투광영역 안에 차광영역이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 적어도 두 개이상의 투광영역은 상기 어퍼쳐의 중심에 대해 대칭적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 차광영역은 원형인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 어퍼쳐는 상기 투광영역의 장축이 상기 슬릿의 길이 방향과 수직하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
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