KR100448856B1 - 리소그라피 공정의 노광 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조공정중 리소그라피(Lithography) 공정의 노광 방법에 관한것으로, 종래의 노광 장비로 한세대 앞의 미세 패턴을 형성하기 위하여 다수의 미세패턴이 반복 배열되는 레티클을 이용하여 노광할때 x, y방향으로 미세 패턴이 반복 배열되는 레티클에 대하여 4극 애퍼처의 개구가 상기 애퍼처의 x, y 축의 연장선상에 근접되게 배열되도록 애퍼처를 노광장치에 회전시켜 장착하고 노광하는 것이다.

Description

리소그라피 공정의 노광 방법

본 발명은 반도체 소자 제조공정중 리소그라피(Lithography) 공정의 노광 방법에 관한것으로, 노광장비에 애퍼처(Aperture)를 일정 각도로 회전시켜 장착한다음, 노광하는 방법에 관한것이다. 반도체소자의 제조공정중 리소그라피 공정에서 노광장비로 스테퍼(Stepper)를 이용하는 경우 웨이퍼상에 소정형상의 패턴을 형성하기 위해 패턴이 형성된 레티컬(Reticle)을 사용하여 노광을 실시한다.

이때, 웨이퍼상에 소정형상의 패턴을 형성하기 위해 사용되는 노광장치인 스테퍼는 도1과 같이 유효 광원(1)으로 부터 나오는 빚을 크기 또는 형상에 따라 적절하게 투과시키는 애퍼처(2)와, 상기 애퍼처로 부터 나은 빚을 반사시키는 반사거울(3)과 빚을 집속 시키는 집속 렌즈(4)와, 웨이퍼상에 형성하고자 하는 패턴이 형성된 레티컬(5)을 거쳐 웨이퍼(7)에 투사시키는 투사 렌즈(6)등으로 구성되어 있다.

상기 광원으로부터 나오는 빛을 렌즈와 푸필(Pupil)상에서 경로를 바꾸어 주는 애퍼처는 종래의 변형 조명법에 있어서는, 애퍼처에 작은 개구를 4개를 구비한 4극(Quadrupole Aperture) 애퍼처를 이용함으로써 마스크로부터 회절된 빚중 (±1 차) 회절광중 하나가 그 하부에 위치한 투사렌즈(Projection Lens)의 엔트렌스(Entrance) 푸릴로 집속되는데 마스크로 부터 전달되는 1차광이 어느 정도이상 푸필에 들어와야 패턴이 형성된다.(도2 참조)

한편, 종래에는 상기 4극 애퍼처를 스테퍼에 장착하되 다수의 미세 패턴이 구비된 레티클에서 상기 미세 패턴이 예를들어 워드라인과 비트라인으로형성할때 x, y 방향으로 다수의 패턴이 반복 배열되는데 4개의 개구중 2개씩 평행하게 x, y 방향으로 애퍼처가 배치되도록 상기 스테퍼에 장착한다.

한편, 도2와 같이 어느 정도 미세 패턴 예를들어 0.4λ/NA 이상의 패턴에서는 상기와 같이 애퍼처를 장착하여 노광하는 경우, 투사 렌즈에는 0차광(실선)이 입사되고, 레티클의 정보를 담고 있는 1차광(점선)의 상당량이 렌즈와 푸필 내로 들어가게 되어 레지스트 패턴의 형성이 가능하다.

그러나, 1 Giga DRAM 과 같이 패턴의 밀도가 점점 증대되는 경우 마스크에 구비되는 패턴의 밀도도 높아지게 된다. 그 결과 도3과 같이 투사 렌즈에는 0차광(실선)이 입사되나 1차광(점선)은 투사 렌즈의 가장자리에 조금밖에 입사되지 않아서 레지스트 패턴의 형성이 불가능하다.

본 발명의 목적은 고집적 미세 패턴을 형성할때 종래의 노광장비에 4극 애퍼처를 장착하여 고집적된 패턴을 형성할때 레티클에서 구비되는 다수의 미세 패턴이 x, y 방향으로 반복 배열될때 4개의 개구가 상기 x, y 방향으로 근접되도록 4극 애퍼처를 회전시켜 장착한다음, 노광하는 방법을 제공하는데 그목적이 있다.

도1은 변형 조명방법으로 노광하는 원리를 도시한 노광 장비 개략도.

도2는 종래의 방법으로 4극 애퍼처가 장착될때 투사렌즈에 입사되는 0차광과 1차광을 도시한 도면.

도3은 종래의 방법으로 4극 애퍼처가 장착되고, 극미세한 패턴이 구비된 레티클을 이용하여 노광 할때 투사렌즈에 입사되는 0차광과 1차광을 도시한 도면.

도4는 본 발명에 의해 4극 애퍼처를 어느 정도 회전시켜 장착할때 투사렌즈에 입사되는 0차광과 1차광을 도시한 도면.

도5는 변형조명에서 4극 에퍼처를 비회전 시키거나 어느정도 회전 시킬 때 공간적인 주파수에 대하여 콘트라스트를 도시한 도면.

도6의 (a)와 (b)는 0.18μm 선폭이고, L 형상의 라인/스페이스 패턴을 형성할때 4극 애퍼처를 비회전 시킨것과 애퍼처를 약45。의 각도로 회전시켜 노광할때 인텐시티 프로파일(Intensity Profile) 등고선으로 나타낸것이다.

도7의 (a)와 (b)는 0.l6μm 선폭이고, L 형상의 라인/스페이스 패턴을 형성할때 4극 애퍼처를 비회전 시킨것과 애퍼처를 약 45。의 각도로 회전시켜 노광할때 노광 에너지를 등고선으로 나타낸것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:유효 광원 2:애퍼처

3:반사거울 4:집속 렌즈

5:레티클 6:투사 렌즈

7:웨이퍼

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수의 미세패턴이 반복 배열되는 레티클을 이용하여 노광하려 할때, x, y축 방향으로미세 패턴이 반복 배열되는 상기 레티클에 대하여 4극 애퍼처의 개구가 상기 애퍼처의 x, y 축의 연장선상에 근접되도록 상기 애퍼처를 노광장치에 회전시켜 장착하고 노광하는 것이다.

상기 미세 패턴은 0.4λ/NA이하의 패턴으로 4극 애퍼처(0.55 반경 이상, 0.05-0.25 시그마 애퍼처)를 스테퍼에 장착할때 30-60。사이의 임의의 각으로 회전시킨다.

상기 미세 패턴으로 0.45λ/NA이하의 주기적인 콘택홀이나 섬 형태의 패턴을 4극 애퍼처(0.55 반경 이상,0.05-0.25 시그마 애퍼처)를 스테퍼에 장착할 때 30-60。사이의 임의의 각으로 회전시킨다.

본 발명은 4극 애퍼처를 30-60。회전시켜서 노광 장비에 장착함으로써 마스크를 통해 투사렌즈에 맺히는 1차광이 4극 애퍼처를 회전시키지 않은 상태보다 더 많이 푸필에 입사되도록 함으로써 고집적 레지스트 패턴을 형성할수가있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도4는 본 발명에 의해 애퍼처를 예를들어 45。회전시켜 구비할때 4개의 개구가 마름모 형상을 이루고 있으며, 그로인해 종래와 같이 애퍼처를 0。회전할때 보다 1차광의 빛이 더 많이 입사됨을 알수 있다.

도5는 4극 애퍼처를 비회전 한것과,45。로 회전한 것에 의한 변형 조명법에서 공간적인 주파수에 따라 콘트라스트를 변화를 도시한 것으로,45。회전한 애퍼처가 어느 공간 주파수 이상에선 콘트라스트가 커짐을 알 수 있다.

한편, 레지스트의 쓰레쉬홀드 콘트라스트 레벨은 점차로 개선되어 낮아졌기 때문에 45。회전시켜 애퍼처를 이용하는 경우 극한의 패턴에서 성능이 향상되어 진다.

도6의 (a)는 0.55 NA, 0.24μm(KrF 스테퍼)에서 0.18μm 선폭이고, L 형상의 라인/스페이스 패턴을 형성할때 반경이 0.52이고, 시그마가 0.15인 애퍼처를 회전시키지 않고 (0。) 변형조명법으로 노광할때 노광 에너지를 등고선으로 나타낸것이다.

참고로, 상기 반경은 애퍼처의 중심에서 개구의 중심까지 거리(r1)를 애퍼처의 반경(R)으로 나눈값이고, 상기 시그마는 개구의 반지름(r2)을 애퍼처의 반경으로 나눈 값이다. (도3 참고) 또한, 여기에서 라인/스페이스 패턴의 형상이 L형상인 것은 X, Y 축으로 일정 간격 이격되어 반복되는 미세 패턴의 형성에 적용 할 수 있다는 의미이다.

도6의 (b)는 0·18μm 선폭이고, L 형상의 라인/스페이스 패턴을 형성할때 반경이 0.52이고, 시그마가 0.15인 애퍼처를 45。회전시켜서 노광할때 노광에너지를 등고선으로 나타낸것이다.

상기와 같은 조건에서는 애퍼처를 0。회전한 것이 노광 에너지가 바람직 하게 나타난다.

도7의 (a)는 0.16μm 선폭이고, L 형상의 라인/스페이스 패턴을 형성할때 반경이 0.6이고, 시고마가 0.15인 애퍼처를 회전시키지 않고 (0。) 변형조명법으로 노광할때 노광 에너지를 등고선으로 나타낸것이다.

도7의 (b)는 0.16μm 선폭이고, L 형상의 라인/스페이스 패턴을 형성할때 반경이 0.6이고, 시그마가 0.15인 애퍼처를 45。회전시켜서 노광할때 노광 에너지를 등고선으로 나타낸것이다.

도7과 같이 선폭이 0.16μm로 작아지거나 반경을 0.6으로 증가시킬때 애퍼처를 45。회전한 것이 노광 에너지가 바람직하게 나타남을 알수 있다.

상기한 본 발명은 요약하면 0.4λ/NA이하의 패턴을 4극 애퍼처(0.55 반경 이상, 0.05-0.25 시그마 애퍼처)를 스테퍼에 장착할때 30-60。사이의 임의의 각으로 회전시켜 장착한후 노광하면 미세 패턴을 형성할 때 공정 마진을 키울수 있다.

상기한 본 발명은 극한의 미세 패턴을 형성하기 위해 노광장비에 애퍼처를 장착할때 레티클에 미세 패턴이 반복적으로 배열됨으로 인해 1차광이 투사렌즈를 벗어나는 것을 해소하기 위하여 상기 미세 패턴이 반복되는 x, y축 방향으로 4극 애퍼처의 개구를 근접되도록 애퍼처를 일정 각도 회전시켜 장착함으로써 종래의 장비를 가지고 한세대 앞서가는 패턴을 형성 할 수가 있다.

Claims (4)

1. 다수의 미세패턴이 반복 배열되는 레티클을 이용하여 노광하는 할때, x, y축 방향으로미세 패턴이 반복 배열되는 상기 라티클에 대하여 4극 애퍼처의 개구가 상기 애퍼처의 x, y 축의 연장선상에 근접되도록 상기 애퍼처를 노광장치에 회전시켜 장착하고 노광하는 것을 특징으로 하는 리소그라피 노광방법.
2. 상기 제1항에 있어서,0.4λ/NA이하의 패턴을 4극 애퍼처를 스테퍼에 장착할때 30-60。 사이의 임의의 각으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 리소그라피 노광 방법.
3. 0.45λ/NA이하의 주기적인 콘택홀이나 섬 형태의 패턴을 4극 애퍼처를 스테퍼에 장착할때 30-60。사이의 임의의 각으로 회전시키는 특징으로 하는리소그라피 노광 방법
4. 상기 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 애퍼처는 0.55 반경 이상,0.05-0.25 시그마인 것을 특징으로 하는 리소그라피 노광 방법.