KR100443358B1

KR100443358B1 - 노광장치의 크로스폴어퍼쳐

Info

Publication number: KR100443358B1
Application number: KR10-2002-0017672A
Authority: KR
Inventors: 김상욱
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2002-03-30
Filing date: 2002-03-30
Publication date: 2004-08-09
Also published as: KR20030078555A

Abstract

본 발명은 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 50% 이상으로 구현하면서 초점심도마진을 높이는데 적합한 크로스폴어퍼쳐를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 크로스폴어퍼쳐는 레티클을 통과한 1차 회절광이 입사퓨필에 입사하는 양을 조절하는 크로스폴어퍼쳐에 있어서, 빛을 투과시키는 투광영역중에서 어느 한 방향의 제1투광영역의 크기(또는 면적)을 다른 한 방향의 제2투광영역보다 크게 하거나, 빛을 투과시키는 복수의 투광영역의 중심시그마를 모든 방향에서 달리하거나, 또는 빛을 투과시키는 복수의 투광영역중에서 어느 한 방향의 투광영역이 다른 한 방향의 투광영역보다 크기가 크면서 복수의 투광영역의 중심시그마를 모든 방향에서 달리하므로써, 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비율을 50% 이상으로 증가시킬 수 있다.

Description

노광장치의 크로스폴어퍼쳐{Crosspole Aperture in lithography}

본 발명은 스테퍼(Stepper) 및 스캐너(Scanner)의 조명(Illumination) 장치에 관한 것으로, 특히 어퍼쳐(aperture)를 구비한 조명계에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조공정에 사용되는 조명계 장치는 광원이 정해지면, 광의 세기는 정해지므로 감광막을 감광시키기에 충분한 광량을 가지면서 높은 해상도와 깊은 초점심도(Depth of Focus, 이하 DOF라 함)를 갖는 것이 이상적이다.

반도체 장치의 집적화가 고도화되면서, 더욱 높은 해상도와 더욱 깊은 DOF를 갖는 조명계 장치를 필요로 하고 있다. 즉,반도체 장치가 고집적화되면서 단위면적당 소자밀도가 높아지고 있다. 따라서 웨이퍼 상에 형성되는 패턴간의 피치(pitch)는 기존에 비해 더욱 좁아지고 있다. 이러한 패턴을 형성하기 위해서는 감광막을 노광하는 조명계 장치의 해상도는 기존의 조명계 장치보다 높아져야 하고, DOF는 더욱 깊어져야 한다. 이를 위해 조명계 장치중 어퍼쳐(aperture)에 변형을 줌으로써 높은 해상도와 깊은 DOF를 나타내는 변형조명계 장치가 있으며, 이는 사입사 조명(Off Axis Illumination)을 적용함으로써 해상도뿐만 아니라 다른 공정 마진(예를 들면, DOF 또는 Dose margin)을 증대시킬 수 있다. 이 변형조명계는 노광원의 0차광 및 1차광을 이용하도록 노광장치의 노광원(illumination source)과 콘덴서 렌즈(condenser lens) 사이에 삽입되어 빛이 사입사 되도록 하는 장치로서, 원하는 패턴에 따라서 다양한 형태를 가질 수 있다. 이러한 변형조명계의 어펴쳐에는 애뉼러 어퍼쳐(annular aperture), 쿼드러폴 어퍼쳐(qudrupole aperture), 다이폴 어퍼쳐(dipole aperture) 등이 있다.

변형조명계는 노광 축을 일부러 기울여 ±1차광중 하나의 광차와 0차광을 사용하도록 고안된 것이다. +1 또는 -1차광 하나와 0차광을 사용하기 때문에 광의 손실이 발생하지만 원하는 패턴을 형성시킬 수 있다.

한편, 노광장치내의 어느 한 부분에는 마스크의 초점면이 존재하고 있는데, 마스크를 통과해 회절된 광의 회절상이 맺히는 면으로서, 이를 입사퓨필(entrance pupil) 또는 입사퓨필면이라고 하며, 이 입사퓨필내에 결상되는 회절상의 형태 및 정도에 따라 웨이퍼에 결상되는 패턴의 콘트라스트(contrast)가 결정된다. 일반적으로는 사입사조명을 통해 회절 1차광이 입사퓨필에 입사하는 양을 증가시켜 공정마진을 증가시키는 방법이 사용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 쿼드러폴 어퍼쳐의 입사퓨필(entrance pupil; EP)내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 애뉼러 어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면이며, 도 3은 종래기술에 따른 다이폴 어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면이다.

그러나, 애뉼러형 어퍼쳐 및 쿼드러플형 어퍼쳐의 경우에는, 동일개구수(Number of Aperture) 조건하에서 선폭이 줄어듦에 따라 입사 퓨필(Entrance Pupil)(EP)내에 들어오는 0차 광(0)에 대한 1차 회절광(1)의 비가 급격히 감소하여 어느 한계에 이르면 해상이 불가능해지는 단점을 가지고 있다.

그리고, 다이폴어퍼쳐의 경우는, X,Y 어느 한쪽 방향으로는 입사동공면(EP)내에 들어오는 0차광(0)에 대한 1차광(1)의 비가 100%로 매우 우수한 해상력을 보이나 반대방향의 패턴, 즉, X축 다이폴(Y축 다이폴)에 대해서는 Y축방향(X축 다이폴)의 패턴에 대해서는 거의 해상이 불가능한 단점을 가지고 있다.

상술한 어퍼쳐들의 단점들을 보완하기 위해 크로스폴 어퍼쳐가 제안되었다.

도 4는 종래기술에 따른 크로스폴 어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면이다.

크로스폴 어퍼쳐는, 입사퓨필(EP)내에 들어오는 0차광(0)에 대한 1차광(1)의 비가 한쪽 방향으로 항상 50%를 유지하며 양쪽 방향 패턴을 모두 같은 해상력으로 패터닝할 수 있는 장점을 가지고 있다.

상술한 바와같이, 0차광(0)에 대한 입사퓨필(EP)내에 들어오는 1차 회절광(1)의 비는 노광공정 수행능력과 직접적으로 연관된 것이며, 이것이 높을수록 공정 마진이나 임계치수(Critcal Dimension; CD) 균일도 측면에서 유리하다고 할 수 있다. 이것을 감안할 때 종래 크로스폴 어퍼쳐는 한쪽 방향의 패턴에 대해서 1차광의 비가 항상 50%이지만, 그 이상의 해상력을 발휘하는 것이 불가능하다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 안출한 것으로서, 입사퓨필내에 들어오는 1차광의 비를 50% 이상으로 구현하면서 초점심도마진을 높이는데 적합한 크로스폴어퍼쳐를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 쿼드러플 어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면,

도 2는 종래기술에 따른 애뉼러 어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면,

도 3은 종래기술에 따른 다이폴 어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면,

도 4는 종래기술에 따른 크로스폴 어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면,

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 수정된 크로스폴어퍼쳐를 도시한 도면,

도 6a 내지 도 6b는 도 5a 및 도 5b에 도시된 수정된 크로스폴어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 나타낸 도면,

도 7은 DRAM셀패턴을 도시한 도면,

도 8은 종래 크로스폴어퍼쳐와 본 발명의 시그마세팅을 달리한 크로스폴어퍼쳐의 입사퓨필내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 비교한 도면,

도 9a 내지 9d는 본 발명의 제3실시예에 따른 X,Y방향으로 폴의 면적 및 중심 시그마를 달리한 크로스폴을 도시한 평면도.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 크로스폴 어퍼쳐는 레티클을 통과한 1차 회절광이 입사퓨필에 입사하는 양을 조절하는 크로스폴어퍼쳐에 있어서, 빛을 투과시키는 투광영역이 일방향으로 배치된 제1투광영역과 타방향으로 배치된 제2투광영역으로 구성되며, 상기 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비율을 증가시키기 위해 상기 투광영역 중에서 어느 한 방향의 제1투광영역이 다른 한 방향의 제2투광영역보다 크기가 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 크로스폴어퍼쳐는 레티클을 통과한 1차 회절광이 입사퓨필에 입사하는 양을 조절하는 크로스폴어퍼쳐에 있어서, 빛을 투과시키는 복수의 투광영역의 중심시그마를 모든 방향에서 달리하여 상기 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비율을 증가시킨 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 크로스폴어퍼쳐는 레티클을 통과한 1차 회절광이 입사퓨필에 입사하는 양을 조절하는 크로스폴어퍼쳐에 있어서, 빛을 투과시키는 복수의 투광영역중에서 어느 한 방향의 투광영역이 다른 한 방향의 투광영역보다 크기가 크면서, 상기 복수의 투광영역의 중심시그마를 모든 방향에서 달리하여 상기 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비율을 증가시킨 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제1실시예에 따른 수정된 크로스폴 어퍼쳐의 평면도로서, 도 5a는 X 방향으로 폴의 크기가 수정된 크로스폴 어퍼처를 도시한 평면도이고, 도 5b는 Y 방향으로 폴의 크기가 수정된 크로스폴 어퍼쳐를 도시한 평면도이다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 크로스폴 어퍼쳐는 빛이 차단되는 원형의 차광영역(11)과 차광영역(11)의 중심으로부터 소정 거리를 두고 X,Y축 방향으로 각각 두개의 투광영역(12a,12b)이 구비된다.

도면에서, X 방향 크로스폴을 살펴보면, Y 방향의 투광영역(12a)이 X방향 투광영역(12b)보다 그 크기가 작고, Y방향을 살펴보면, X방향의 투광영역(12a)이 Y 방향의 투광영역(12b)보다 그 크기가 작다. 여기서, 투광영역(12a,12b)을 폴이라 약칭하며, 투광영역(12a,12b)의 크기는 폴의 크기 또는 폴의 면적이라 일컫을 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 수정된 크로스폴어퍼쳐의 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 도시한 평면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 수정된 크로스폴어퍼쳐를 이용하면, 어느 한쪽 방향(원하는 방향) 폴의 크기를 크게 하므로써 입사퓨필에 들어오는 1차광의 비를 50% 이상으로 만들수 있다.

예컨대, 라인/스페이스(L/S) 패턴을 예로 들면, 만일 셀패턴이 Y 방향으로배열된 라인/스페이스 패턴이라 가정하면, X 방향으로 폴의 크기가 수정된 크로스폴어퍼쳐를 사용하면 셀지역 1차 회절광의 비가 50% 이상의 값을 갖게 되고 코어/주변영역 또는 종래 크로스폴어퍼쳐보다는 떨어지지만 다이폴어퍼쳐보다는 훨씬 우수한 패터닝이 가능하다.

이러한 1차광 비는 폴의 크기 조절을 통해 사용자가 원하는 값을 그대로 구현해낼 수 있다. 예를 들어, 한쪽 방향 폴의 면적을 다른 방향 폴 면적의 두배로 한다면 1차광의 비는 66.7%가 될 것이다.

한편, 도 7에 도시된 캐패시터와 같이 라인/스페이스가 아닌 X,Y 방향의 피치(pitch)가 다른 패턴을 본 발명의 수정된 크로스폴 어퍼쳐를 이용하여 노광하는 경우, 각 방향의 시그마세팅(σsetting)을 다르게 하면 된다.

변형조명계에서 사입사각의 조절은 통상 시그마 인(σin, 28)이나 시그마 아웃(σout, 30)량을 조절해서 개구수(Numerical Aperture, 이하 NA) 값에 따라서 시그마 오프셋(32)을 설정해 최적화 할 수 있다.

도 8은 종래 노말 크로스폴어퍼쳐의 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비와 시그마세팅을 달리한 크로스폴어퍼쳐의 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 비교하기 위한 평면도이다.

도 8에서 시그마세팅을 달리한 크로스폴어퍼쳐는 중심시그마를 달리한 것이다. 여기서, 시그마(sigma)는 필드 포지션( field position ) 별로 달라지는 값,즉 코히런스( coherence ) 값을 일컫는다.

본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예와 달리 폴의 크기를 변형시키는 것이아니라 시그마세팅을 달리한 크로스폴어퍼쳐를 제시한다.

셀패턴을 예로 들면, X방향으로는 피치가 작아 회절각이 클 것이고, Y방향으로는 그에 비해 작을 것이다.

도 8을 참조하면, 종래 노말 크로스폴어퍼쳐의 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비와 시그마세팅을 달리한 크로스폴어퍼쳐의 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 비교하면, 노말 크로스폴어퍼쳐를 이용할 경우에는 X방향으로는 0차광과 1차광이 어느정도 겹치나 Y방향으로는 큰 차이를 보이게 되는 반면, 시그마세팅을 달리한 크로스폴어퍼쳐의 경우에는 Y방향만의 시그마를 낮추어 X/Y 방향 시그마세팅을 차이가 나게 하면 X,Y방향 모두 0차광과 1차광을 상당 부분 겹치게(또는 완전히 겹치게) 만들 수 있어 입사퓨필(EP)내에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비를 높일 수 있다.

이것은 초점심도 마진과 밀접한 관계를 가지고 있는데, 0차광과 입사퓨필에 들어오는 1차광이 많이 겹칠수록 초점심도 마진이 증가하는 원리를 이용한 것이다.

또한 두가지 세팅 방법을 동시에 사용할 수도 있다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제3실시예에 따른 X,Y방향으로 폴의 면적 및 중심 시그마를 동시에 달리한 크로스폴 어퍼쳐를 도시한 도면이다.

이러한 크로스폴 어퍼쳐를 만드는 방법은 매뉴얼 블레이드, DOE(Deffractive Optical Element), HOE(Holographic Optical Element) 등 기존의 사입사조명계를 만드는 모든 방법을 이용할 수 있으며, 그 폴의 모양 또한 원형뿐만 아니라 여러 다른 도형 모양이 사용될 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은 다이폴 사용이 불가능한 라인/스페이스 패턴에 크로스폴을 적용할 경우 0차광에 대한 1차 회절광의 비를 50% 이상으로 만들어 보다 우수한 성능을 구현할 수 있는 효과가 있다.

캐패시터 패턴과 같이 라인/스페이스 패턴이 아닌 X,Y 방향의 피치가 다른 패턴을 크로스폴을 이용하여 노광하는 경우 각 방향의 시그마세팅을 달리하여 초점심도 마진을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 각 패턴마다 최적의 크로스폴어퍼쳐의 조명조건을 적용할 수 있는 효과가 있다.

Claims

레티클을 통과한 1차 회절광이 입사퓨필에 입사하는 양을 조절하는 크로스폴어퍼쳐에 있어서,

빛을 투과시키는 투광영역이 일방향으로 배치된 제1투광영역과 타방향으로 배치된 제2투광영역으로 구성되며, 상기 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비율을 증가시키기 위해 상기 투광영역 중에서 어느 한 방향의 제1투광영역이 다른 한 방향의 제2투광영역보다 크기가 큰 것을 특징으로 하는 크로스폴 어퍼쳐.
제1항에 있어서,

상기 제1투광영역이 X방향으로 배열된 경우, 제2투광영역은 Y방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 크로스폴 어퍼쳐.
제1항에 있어서,

상기 제1투광영역이 Y방향으로 배열된 경우, 상기 제2투광영역은 X방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 크로스폴 어퍼쳐.
레티클을 통과한 1차 회절광이 입사퓨필에 입사하는 양을 조절하는 크로스폴어퍼쳐에 있어서,

빛을 투과시키는 복수의 투광영역의 중심시그마를 모든 방향에서 달리하여 상기 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비율을 증가시킨 것을 특징으로 하는 크로스폴 어퍼쳐.
레티클을 통과한 1차 회절광이 입사퓨필에 입사하는 양을 조절하는 크로스폴어퍼쳐에 있어서,

빛을 투과시키는 복수의 투광영역중에서 어느 한 방향의 투광영역이 다른 한 방향의 투광영역보다 크기가 크면서, 상기 복수의 투광영역의 중심시그마를 모든 방향에서 달리하여 상기 입사퓨필에 들어오는 0차광에 대한 1차광의 비율을 증가시킨 것을 특징으로 하는 크로스폴 어퍼쳐.