KR100464843B1 - 트위스팅쌍극자및편광개구를사용한편축조사에의한패턴단락방지방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 장치 제조시 포토리소그래피 공정내의 노출 공정에서 방향 의존하는 차이를 해결하기 위해 바이어싱된 마스크를 발생시키는 것에 의존하지 않고 패턴 단락을 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 노출시 문제점을 해결하기 위해 바이어싱된 마스크를 제공하는 것 대신에, 노출 그 자체에 영향을 줌으로써 패턴 단락 현상을 방지한다. 편축 조사 기술을 사용함으로써, 노출이 서로다른 방향으로 분리된다. 제 1 실시예에서, 편축 조사가 특정 쌍극자 개구(즉, 두개의 개구)와 조합되어 사용된다. 노출이 둘이상의 부분에서 실행되고, 이에 따라 개구가 노출 사이에서 트위스팅된다. 제 1 실시예에서와 같이, 노출이 두 부분에서 실행되지만 이 경우에는 서로 다른 편광을 사용한다.

Description

트위스팅 쌍극자 및 편광 개구를 사용한 편축 조사에 의한 패턴 단락 방지 방법 및 장치{AVOIDANCE OF PATTERN SHORTENING BY USING AN OFF AXIS ILLUMINATION WITH TWISTING DIPOLE AND POLARIZING APERTURES}
반도체 장치 제조는 장치 기판 표면에 컴퓨터 지원 설계(CAD)에 의해 발생된 패턴의 정확한 복사에 의존한다. 상기 복사 공정은 일반적으로 여러 제거 (에칭)와 추가 (증착) 공정이전에 광 리소그래피를 사용하여 실행된다. 컴퓨터에 의해 발생되어 금속층에 에칭된 확대된 이미지를 갖는 광 리소그래피 패터닝은 포토마스크로 알려진 금속(예를 들어, 크롬과 같은) 코팅된 석영판의 조사를 포함한다. 이 조사된 이미지는 크기가 감소되어 장치 기판상의 감광막상에 패터닝된다. 패턴 전사 동안 발생하는 간섭과 공정 영향의 결과 때문에, 장치 기판에 형성된 이미지는 컴퓨터 이미지로 표현된 자신의 실제 크기와 형상으로부터 변이된다. 이러한 변이는 여러 공정 조건뿐만 아니라 패턴의 특성에도 의존한다. 이러한 변이가 반도체장치의 성능에 상당한 영향을 줄 수 있기 때문에 이상적인 형상을 생성하는 CAD 보상 방식에 집중한 많은 접근법들이 추구되어 왔다.
개선된 VLSI 회로의 성능 향상(즉, 속도 증가에 대한 회로의 크기 감소)은 작은 크기(예를 들면, 0.5㎛ 이하)에서의 일련의 리소그래피 및 RIE 공정에서 패턴 충실도의 부족에 의해 점차적으로 제한된다. 포토리소그래피 공정에서, 패턴은 포토마스크에서 웨이퍼상의 감광막(레지스트)으로 전사된다. RIE 공정에서, 이 레지스트내의 패턴은 웨이퍼 기판상의 여러 박막으로 전사된다. 리소그래피이후, 몇몇 구조가 소위 패턴 단락 현상이라 불리는 현상을 나타낸다. 이 현상은 노출 공정이 방향의존성을 가진다는 사실 때문에 발생한다. 이는 노출량(즉, 노출 시간)이 한 방향에 대해 최대가 되어야만 한다는 것을 의미한다. 다른 방향들은 독립적으로는 최대가 될 수 없다. 전술된 패턴 또는 라인 단락은 바람직하지 않은 결과이다.
더 높은 효과적인 분해능을 가진 비용이 많이 드는 개발된 공정에 대한 대안은 웨이퍼 가공동안 발생하는 패턴 왜곡을 보상하기 위한 마스크 패턴의 선택적인 바이어싱이다. 광학적 근접 수정법(OPC : Optical Proximity Correction )라는 용어는 선택적인 마스크 바이어싱의 상기 공정을 설명하는데 일반적으로 사용되지만, 전체적인 경향은 광 이미지 전사와는 무관한 패턴 왜곡을 포함하고 있다. 이미지 전사 불충실도를 보상하기 위해 패턴을 바이어싱한다는 개념은 포토마스크의 기록과 직접적인 웨이퍼 기록 동작 모두에서 후방 전자 산란 효과를 저지하기 위해 E-빔 리소그래피에 적용되어왔다. 예를 들어, 미국 특허 출원번호 제 5,278,421호를 참조한다.
OPC는 자동 패턴 바이어싱 개념의 사용을 VLSI 기술에 사용되는 두가지 주된 패턴 전사 공정까지 넓힐 수 있다. OPC의 현 실행은 패턴들이 바이어스량을 크기, 근접도 및 밀도와 같은 패턴 특성들과 관련시키는 규칙들에 기초한 CAD 데이터 세트내에서 소트(sort)되고 바이어싱되는 "규칙형(rule-based)"과 CAD 패턴이 특정 패턴 환경에 기초해 바이어싱되는 "콘볼류션형(convolution-based)"의 범주로 나눌 수 있다. 규칙형 및 콘볼류션형 기능 모두는 공정 시뮬레이션 또는 실험 데이터로부터 발생될 수 있다. "규칙형" OPC 실행의 예는, Richard C. Henderson과 Oberdan W. Otto의 "CD data requirements for proximity effect corrections", William L. Brodsky and Gilvert V. Shelden, Editors, Proc. SPIE 2322(1994)의 14th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology and Management의 pp.218-228와 Oberdan W. Otto, Joseph G. Garofalo, K. K. Low, Chi-Min Yuan, Richard C. Henderson, Christophe Pierrat, Robert L. Kostelak, Shiela Vaidya 및 P. K. Vasudev의 "Automated optical proximity correction--a rules-based approach", Timothy A. Brunner, Editor, Proc. SPIE 2197(1994)의 Optical/Laser Microlithography VII의 pp.278-293등이다. "콘볼류션형" OPC 실행의 예는, John P. Stirniman and Michael L. Riger의 "Fast proximity correlation with zone sampling", Timothy A. Brunner, Editor, Proc. SPIE 2197(1994)의 Optical/Laser Microlithography VII의 pp.294-301과 John Stirniman과 Michael Riger의 "Optimizing proxomity correction for wafer fabrication processes", William L. Brodsky and Gilvert V. Shelden, Editors, Proc. SPIE 2322(1994)의 14th AnnualBACUS Symposium on Photomask Technology and Management의 pp.239-246등이다. 노출중에 방향에 의존하는 차이를 보상하기 위해, 관련된 마스크는 특정 바이어스를 갖도록 디자인된다. 이 바이어스는 예를 들어, 라인들이 좀더 길게 디자인되도록 한다. 하지만, 이러한 방법도 사용되는 크롬 마스크 기록 시스템의 제한된 분해능 때문에 제한을 갖는다.
본 발명은 일반적으로 초대규모 집적(VLSI) 회로 장치의 제조에 관한 것이며, 특히, 광 트위스팅 쌍극자와 편광 개구를 사용한 편축(off axis) 조사(illumination)에 의한 리소그래피 이미지의 충실도(fidelity) 향상에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 실행에서 사용되는 편축 조사 포토리소그래피 장치의 배치를 도시한 개략도이다.
도 2a와 도 2b는 종래의 편축 조사 포토리소그래피 장치에서 사용되는 표준 개구의 평면도이다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 도 1의 편축 조사 포토리소그래피 장치에 사용되는 트위스트 쌍극자 개구의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예의 실행에서 사용되는 편축 조사 포토리소그래피 장치의 배치를 도시한 개략도이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 도 1의 편축 조사 포토리소그래피 장치에서 사용되는 편광 개구의 평면도이다.
따라서 본 발명의 목적은 포토리소그래피 공정의 노출중에 방향 의존 차이를 해결하기 위해 바이어스를 가진 마스크를 발생시키는 것에 의존하지 않고 패턴 단락을 방지하기 위한 장치와 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 노출시 문제점을 해결하기 위해 바이어싱된 마스크를 디자인하는 것 대신에, 노출 공정 그 자체에 영향을 줌으로써 패턴 단락 현상이 방지된다. 현재는, 모든 방향이 같은 시간(즉, 총 노출 시간)동안 빛에 노출된다. 편축 조사 기술을 사용함으로써, 노출을 여러 방향으로 분리하는 것이 가능하다. 특히, 패턴 단락의 문제점은 특정 쌍극자 개구(즉, 두개의 개구)와 조합하는 편축 조사 기술을 사용하는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 해결된다. 노출은 둘 이상의 부분에서 실행될 수 있고, 이에 따라 개구는 두 노출 사이에서 예를 들어 90ㅀ정도 트위스팅된다. 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 편축 조사 기술은 특정 편광 개구와 조합하여 사용된다. 제 1 실시예와 같이 노출은 둘 이상의 부분에서 실행되지만 이 경우에는 서로 다른 편광을 사용한다.
본 발명의 목적, 특성 및 장점에 대한 더 나은 이해를 위해 이하의 본 발명에 따른 실시예에 대한 상세한 설명은 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도면, 특히 도 1을 참조하면, 편축 조사 포토리소그래피 장치의 개략도가 도시된다. 광원(10)은 개구 플레이트(12)를 조사한다. 개구 플레이트(12)를 통과한 광은 렌즈 시스템(14)에 의해 조사광의 파장에 비해 작은 크기를 가진 마스크(16)상에 집광되어 회절 패턴을 생성한다. 마스크(16)는 전형적으로 석영위에 에칭된 크롬 패턴이다. 마스크(16)에 의해 통과된 광의 0차 및 1차 회절 성분은 차례로 렌즈 시스템(18)을 통해 감광막으로 코팅된 기판과 같은 타겟(20)에 집광된다.
종래의 편축 조사 포토리소그래피 장치내의 개구 플레이트(12)는 전형적으로도 2a와 도 2b에 도시된 개구 플레이트의 형태를 갖는다. 도 2a의 개구 플레이트는 개구 플레이트 중심의 주위로 90ㅀ씩 떨어져서 위치한 4개의 편심(off-center) 원형 개구를 특징으로 한다. 도 2b의 개구 플레이트는 중심부가 막힌 4개의 파이-모양의 홀을 특징으로 한다. 도 1에 도시된 바와 같은 편축 조사 포토리소그래피 장치내의 이러한 개구 플레이트 모두는 사용시 조사를 제어하는데 한계를 갖는다. 즉, 노출 공정은 방향 의존성을 갖고 오직 한 방향에 대한 노출량(즉, 노출 시간)을 최대화하는 것만이 가능하다.
본 발명에 따르면, 노출 공정은 두 방향으로 분리되어, 각각의 두 방향에 대해 노출량을 최대화할 수 있게 한다. 본 발명의 제 1 실시예에서, 도 3a와 도 3b에 도시된 개구 플레이트가 사용된다. 이 플레이트들은 오직 하나의 축(즉, 직경)만을 따라 배치된 개구를 가지는 것을 특징으로 하고, 도 2a와 도 2b에 도시된 수직축을 따라 배치된 개구는 각각 제거된다. 도 3a와 도 3b에 도시된 개구 플레이트는 여기서는 쌍극자 개구 플레이트라 참조된다. 이러한 쌍극자 개구 플레이트를 사용함으로써 한 방향을 또다른 방향과 서로다른 시간 동안 노출시키는 것이 비로소 가능해진다. 예를 들어, 한 방향은 총 노출시간의 40%동안 노출되고 수직 방향은 총 노출시간의 60%동안 노출될 수 있다. 이러한 다른 노출 방향은 각각의 두 노출량 사이에서 쌍극자 개구 플레이트를 90ㅀ로 트위스팅시킴으로써 분리될 수 있다.
노출량을 둘 이상의 방향으로 분리하는 것 또한 가능하다. 이는 예를 들면, 각각의 노출량 사이에서 90ㅀ미만으로 개구 쌍극자를 트위스팅함으로써 가능하다.게다가, 쌍극자 개구 플레이트는 원하는 노출량의 보상에 적합한 비등속 각속도로 회전될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 전반적으로, 편광자를 사용하여 유사한 노출량 보상을 이룰 수 있다. 도 4에서, 도시된 구조는 전반적으로 도 1에 도시된 구조와 같고 동일하거나 유사한 엘리먼트에 대해서는 같은 참조 부호가 지정된다. 편광자(22)는 광원(10)과 개구 플레이트(12) 사이에 부가된다. 개구 플레이트(12)는 도 5a 또는 도 5b에 도시된 개구 플레이트 중 하나의 형태를 취한다. 이러한 개구 플레이트들은 개구가 편광막으로 채워진 점을 제외하고는 도 2a와 도 2b에 도시된 개구 플레이트와 같다. 한 축상의 개구내의 막의 편광은 수칙축상의 개구내의 막의 편광과 수직이다.
도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시된 배치를 사용하여, 한 방향을 또다른 방향과 서로 다른 시간동안 노출시키는 것 또한 가능하다. 이러한 서로 다른 노출 방향들은 서로 다른 두 편광을 두 노출 단계에 사용함으로써 분리된다. 제 1 실시예에서와 같이, 유사한 기술을 사용하여 노출을 둘 이상의 방향으로 분리하는 것 또한 가능하다.
비록 본 발명이 두 실시예에 의해 설명되었지만, 당업자들이 첨부된 청구항의 기본 취지와 범위내에서 본 발명에 대한 변경을 실행할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 반도체 장치의 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치에 있어서,
    상기 감광막을 노출시키기 위한 광원;
    금속층에 에칭된 확대된 패턴 이미지를 가지며, 상기 광원과 노출될 상기 감광막 사이에 위치되는 포토마스크;
    상기 장치 기판상의 상기 감광막에 패터닝하기 위해 조사된 이미지의 크기를 감소시키도록 상기 포토마스크와 상기 감광막 사이에 위치되는 렌즈 시스템;
    상기 광원과 상기 포토마스크 사이에 위치되고, 두 개의 서로 수직하는 축상의 편심 개구를 특징으로 하며, 상기 두 축상의 상기 개구의 막의 편광 방향이 서로 수직하는 개구 플레이트; 및
    편광막이 채워진 개구를 가지는 상기 개구 플레이트와 상기 광원 사이에 위치되고, 노출량 사이에서 조절되어 서로다른 편광을 제공함으로써 상기 감광막의 상기 노출을 하나 이상의 노출로 분리하며, 각각의 노출이 상기 감광막상에서 상기 포토마스크의 조사된 이미지의 패턴 단락을 방지하기 위해 최대한 분리되도록 하는 편광자를 포함하는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 개구 플레이트는 공통 축상에 두 개의 편심 개구를가지는 쌍극자 개구 플레이트이고, 노출량 사이에서 회전되어 상기 감광막의 상기 노출을 둘 이상의 노출로 분리하는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 개구 플레이트는 두 개의 원형 편심 개구를 갖는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 개구 플레이트는 두 개의 파이 모양의 편심 개구를 갖는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 편광막이 채워진 개구를 가지며 노출량 사이에서 회전되어 상기 감광막의 상기 노출을 둘 이상의 노출로 분리시키는 상기 개구 플레이트와 상기 광원 사이에 위치되는 편광자를 더 포함하는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치.
  6. (삭제)
  7. 반도체 장치의 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한편축 조사 장치에서 패턴 단락을 방지하는 방법에 있어서,
    상기 감광막을 노출시키기 위한 광원을 제공하는 단계;
    금속층에 에칭된 확대된 패턴 이미지를 가지는 포토마스크를 상기 광원과 노출될 상기 감광막 사이에 위치시키는 단계;
    상기 장치 기판상의 상기 감광막에 패터닝하기 위해 조사된 이미지의 크기
    을 감소시키는 단계;
    상기 광원과 상기 포토마스크 사이에 두 개의 서로 수직하는 축상의 편심 개구를 특징으로 하며, 상기 두 축상의 상기 개구의 막의 편광 방향이 서로 수직하는 개구 플레이트를 위치시키는 단계;
    편광막이 채워진 개구를 가지는 상기 개구 플레이트와 상기 광원 사이에 편광자를 위치시키는 단계; 및
    상기 편광자를 노출량 사이에서 조절하여 서로다른 편광을 제공함으로써 상기 감광막의 상기 노출을 하나 이상의 노출로 분리하여, 각각의 노출이 상기 감광막 상에서 상기 포토마스크의 조사된 이미지의 패턴 단락을 방지하기 위해 최대한 분리되도록 하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치에서의 패턴 단락 방지 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 개구 플레이트는 공통 축상에 두 개의 편축 개구 플레이트를 가지는 쌍극자 개구 플레이트이고, 노출량 사이에서 회전되어 상기 감광막의 노출을 둘 이상의 노출공정으로 분리하는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치에서의 패턴 단락 방지 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 편광막이 채워진 개구를 가지며 노출량 사이에서 회전되어 상기 감광막의 상기 노출을 둘이상의 노출로 분리시키는 상기 개구 플레이트와 상기 광원 사이에 편광자를 위치시키는 단계를 더 포함하는 반도체 장치 제조시 장치 기판상의 감광막의 포토리소그래피 노출을 위한 편축 조사 장치에서의 패턴 단락 방지 방법.
KR10-1998-0702058A 1995-09-21 1996-09-03 트위스팅쌍극자및편광개구를사용한편축조사에의한패턴단락방지방법및장치 KR100464843B1 (ko)

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