KR100597764B1

KR100597764B1 - 두 개의 크롬 마스크를 이용하는 위상 반전 노광 시스템

Info

Publication number: KR100597764B1
Application number: KR1020030100582A
Authority: KR
Inventors: 박세진
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2006-07-07
Also published as: KR20050068774A

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 중 포토 리소그래피 공정에 관한 것으로 일반 크롬 마스크를 사용하여 구현되는 위상 반전 노광 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 광원; 상기 광원으로부터 빛을 받아 빛의 광경로를 90도로 분리하는 제1 광경로 수정 수단; 상기 제1 광경로 수정 수단에서 분리되는 빛을 각각 반사시키는 제1 및 제2 미러; 상기 제1 및 제2 미러에서 각각 반사되는 빛이 모여서 한 방향으로 진행하도록 광경로를 수정하는 제2 광경로 수정 수단; 상기 제1 광경로 수정 수단과 상기 제1 미러 사이에 배치되고, 투광부와 차광부가 형성된 제1 크롬 마스크; 및 상기 제2 미러와 상기 제2 광경로 수정 수단 사이에 배치되고, 투광부와 차광부가 형성된 제2 크롬 마스크로 구성되며, 상기 제1 광경로 수정 수단, 상기 제1 크롬 마스크 및 상기 제1 미러를 차례로 통과하는 빛과, 상기 제1 광경로 수정 수단, 상기 제2 미러 및 상기 제2 크롬 마스크를 차례로 통과하는 빛은, 그 광경로 차이가 반파장 또는 반파장의 홀수 배가 되는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템이 제공된다.

크롬 마스크, 위상 반전 마스크, 빔 스플릿, 쉬프터

Description

두 개의 크롬 마스크를 이용하는 위상 반전 노광 시스템 {Phase Shifting Exposure System Using Two Chromium Mask}

도 1은 얼터너티브 위상 반전 마스크의 구조를 설명하는 단면도.

도 2는 도 1에 도시된 위상 반전 마스크를 사용하여 노광 공정을 수행하여 얻게 되는 웨이퍼의 패턴의 단면도.

도 3은 하프 톤 위상 반전 마스크의 구조를 설명하는 단면도.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노광 시스템에 사용되는 크롬 마스크들의 단면도.

도 5는 도 4에 도시된 마스크들을 사용하는 본 발명에 따른 노광 시스템의 구성도.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 노광 시스템에 사용되는 크롬 마스크들의 단면도.

도 7은 도 6에 도시된 마스크들을 사용하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노광 시스템의 구성도.

본 발명은 반도체 제조 공정 중 포토 리소그래피 공정에 관한 것으로 일반 크롬 마스크를 사용하여 구현되는 위상 반전 노광 시스템에 관한 것이다.

위상 반전 마스크(Phase Shifting Mask: PSM)는 빛이 투과되는 부분 중 이웃한 패턴의 위상이 180도 차이를 가지게 하여 상쇠 간섭에 의해 해상력을 높이는 기능을 한다. 일반 마스크에 비해 웨이퍼 상에 미세 패턴을 형성하는 데에 유리하다.

이러한 위상 반전 마스크는 크롬 패턴과 위상 반전층이 모두 구비되고 위상 반전 영역의 투과율이 100%인 얼터너티브(alternative) 위상 반전 마스크와 위상 반전층만으로 구성되고 그 투과율이 5 내지 8%인 하프 톤(Half Tone: HT) 위상 반전 마스크 등이 있다.

도 1에는 얼터너티브 위상 반전 마스크의 구조를 설명하는 단면도가 도시되어 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 얼터너티브 위상 반전 마스크는 100% 투과율을 가지는 석영판(13), 상기 석영판(13) 상에 소정의 간격으로 배치되고 소정의 투과율을 가지며 투과되는 빛의 위상을 상기 석영판만을 통과한 빛과 180도 다르게 변화시키는 쉬프터(shifter)(12) 및 상기 쉬프터(12) 상에 소정의 간격으로 배치되어 빛을 통과시키지 않는 크롬 차광막(11)으로 구성된다.

상기 쉬프터(12)와 상기 석영판(13)을 모두 통과하는 ① 및 ③의 빛은 ②의 빛과 위상이 180도 차이가 나게 된다.

도 2에는 도 1에 도시된 위상 반전 마스크를 사용하여 노광 공정을 수행하여 얻게 되는 웨이퍼의 패턴의 단면도가 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, ① 및 ③의 빛은 ②의 빛과 위상 차이에 의해 서로 상쇄되어 웨이퍼(21) 상에서 감광제를 정확하게 노광하여 형성되는 패턴(22)의 해상력을 높일 수 있다.

도 3에는 하프 톤 위상 반전 마스크의 단면도가 도시되어 있다.

도 3에 도시된 것과 같이, 하프 톤 위상 반전 마스크는 석영판(13)과, 상기 석영판(13) 상에 소정의 간격으로 배치되는 쉬프터(14)로 구성된다. 상기 쉬프터(14)와 상기 석영판(13)을 모두 통과하는 ②의 빛은, 석영판(13)만을 통과하는 ① 및 ③의 빛과 위상이 180도 차이가 나게 된다.

도 3에 도시된 마스크를 사용하여 노광 공정을 수행하면, 도 1에 도시된 마스크를 사용하는 경우와 마찬가지로 도 2에 도시된 것과 같은 패턴(22)을 웨이퍼(21) 상에 형성할 수 있다.

그러나 이와 같은 마스크를 만들기 위해서는 두 번의 전자빔 노광과 두 노광사이의 정확한 정렬 및 식각공정 등 절차가 까다롭고 복잡하다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 위상 반전에 의한 해상력 증가효과를 제조 공정이 복잡한 위상 반전 마스크가 아닌 일반 크롬 마스크만을 사용하여 구현할 수 있는 노광 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 광원; 상기 광원으로부터 빛을 받아 빛의 광경로를 90도로 분리하는 제1 광경로 수정 수단; 상기 제1 광경로 수정 수단에서 분리되는 빛을 각각 반사시키는 제1 및 제2 미러; 상기 제1 및 제2 미러에서 각각 반사되는 빛이 모여서 한 방향으로 진행하도록 광경로를 수정하는 제2 광경로 수정 수단; 상기 제1 광경로 수정 수단과 상기 제1 미러 사이에 배치되고, 투광부와 차광부가 형성된 제1 크롬 마스크; 및 상기 제2 미러와 상기 제2 광경로 수정 수단 사이에 배치되고, 투광부와 차광부가 형성된 제2 크롬 마스크로 구성되며, 상기 제1 광경로 수정 수단, 상기 제1 크롬 마스크 및 상기 제1 미러를 차례로 통과하는 빛과, 상기 제1 광경로 수정 수단, 상기 제2 미러 및 상기 제2 크롬 마스크를 차례로 통과하는 빛은, 그 광경로 차이가 반파장 또는 반파장의 홀수 배가 되는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 제1 크롬 마스크 및 상기 제2 크롬 마스크는, 그 단면을 기준으로 각각의 투광부는 중첩되지 않고 차광부는 부분 중첩되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 크롬 마스크 및 상기 제2 크롬 마스크는, 그 단면을 기준으로 각각의 투광부와 차광부가 엇갈리도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 및 제2 광경로 수정 수단은 프리즘을 이용하는 빔 스플릿 인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 제1 광경로 수정 수단은, 입사되는 빛을 광량을 기준으로 소정량 분리하여 입사되는 빛의 경로에 대해 90도 꺾인 방향으로 진행하도록 하는 것을 특징으로 하는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 4에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 노광 시스템에 사용되는 크롬 마스크들의 단면도가 각각 도시되어 있다.

도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제1 실시에에서는, 석영판(31)에 소정의 간격으로 크롬 막이 형성된 크롬 마스크만을 사용한다. 도 4에 도시된 마스크(30)의 투광부와, 도 5에 도시된 마스크(30')의 투광부는 서로 180도의 위상차를 가지도록 간격이 조절된다.

도 5에는 도 4에 도시된 마스크들(30, 30')을 사용하는 본 발명에 따른 노광 시스템의 구성도가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 노광 시스템은 광원(40), 상기 광원으로부터 빛을 받아 빛의 광경로를 90도로 분리하는 제1 광경로 수정 수단(51), 상기 제1 광경로 수정 수단(51)에서 분리되는 빛을 각각 반사시키는 제1 및 제2 미러(mirror)(53, 52), 상기 제1 및 제2 미러(53, 52)에서 각각 반사되는 빛이 모여서 한 방향으로 진행하도록 광경로를 수정하는 제2 광경로 수정 수단(54), 상기 제1 광경로 수정 수단(51)과 상기 제1 미러(53) 사이에 배치되는 제1 크롬 마스크(30) 및 크롬 층의 배열이 상기 제1 크롬 마스크(30)와 180도의 위상 차이를 가지도록 배열되고 상기 제2 미러(52)와 상기 제2 광경로 수정 수단(54) 사이에 위치하는 제2 크롬 마스크(30')로 구성된다.

상기 제1 및 제2 광경로 수정 수단(51, 54)은 프리즘을 이용하는 빔 스플릿(beam split)으로, 제1 광경로 수정 수단은 입사되는 빛을 50%씩 분리하여 서로 90도 각도를 이루면서 분리되어 진행되도록 하고, 제2 광경로 수정 수단은 90도의 각도를 이루면서 입사되는 빛들을 동일한 경로로 진행하도록 한다.

상기 제1 광경로 수정 수단(51), 상기 제1 크롬 마스크(30) 및 상기 제1 미러(53)를 차례로 통과하는 빛과, 상기 제1 광경로 수정 수단(51), 상기 제2 미러(52) 및 상기 제2 크롬 마스크(30')를 차례로 통과하는 빛이, 그 광경로 차이가 반파장 또는 반파장의 홀수 배만큼 차이가 나도록 구성한다.

이에 따라, 위 두 경로를 지나는 빛들은 서로 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 도 4에 도시된 것과 같이, ⓐ부분을 지나는 빛은 제1 및 제2 마스크 모두에서 차단되고, ⓑ부분을 지나는 빛은 두 개의 마스크 중의 하나만을 100% 투과하여 상기 제2 광경로 수정 수단(54)을 거치면서 동일한 광경로를 따라 진행하게 된다. 그럼으로써 웨이퍼(21) 표면에 도포된 감광제를 노광시켜 원하는 패턴(22)이 상기 웨이퍼 상에 형성되도록 한다. 이때, 위상이 반전된 빛은 서로 상쇄되므로 상기 패턴(22)의 경계 부근이 정밀하게 형성될 수 있도록 한다.

경로 차이가 광원으로부터 방출되는 빛의 반파장의 홀수 배, 즉 위상차가 180도가 되도록 노광하여, 도 1에 도시된 종래의 얼터너티브 위상 반전 마스크와 동일한 효과를 가지게 한다.

도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노광 시스템에 사용되는 크롬 마스크들의 단면도가 각각 도시되어 있다.

도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에서는, 석영판(31)에 소정의 간격으로 크롬 막이 형성된 크롬 마스크만을 사용한다. 도 6에 도시된 마스크(35)의 투광부와, 도 5에 도시된 마스크(35')의 투광부는 서로 엇갈리게 배치된다.

도 7에는 도 6에 도시된 마스크들(35, 35')을 사용하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노광 시스템의 구성도가 도시되어 있다.

도 7에 도시된 것과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 노광 시스템은 광원(40), 상기 광원으로부터 빛을 받아 빛의 광경로를 90도로 분리하는 제1 광경로 수정 수단(51), 상기 제1 광경로 수정 수단(51)에서 분리되는 빛을 각각 반사시키는 제1 및 제2 미러(mirror)(53, 52), 상기 제1 및 제2 미러(53, 52)에서 각각 반사되는 빛이 모여서 한 방향으로 진행하도록 광경로를 수정하는 제2 광경로 수정 수단(54), 상기 제1 광경로 수정 수단(51)과 상기 제1 미러(53) 사이에 배치되는 제1 크롬 마스크(35) 및 크롬 층의 배열이 상기 제1 크롬 마스크(35)와 크롬 층이 형성된 부분이 엇갈리게 형성되고 상기 제2 미러(52)와 상기 제2 광경로 수정 수단(54) 사이에 위치하는 제2 크롬 마스크(35')로 구성된다.

상기 제1 및 제2 광경로 수정 수단(51, 54)은 프리즘을 이용하는 빔 스플릿(beam split)으로, 제1 광경로 수정 수단은 입사되는 빛을 94%와 6%로 분리하여 서로 90도 각도를 이루면서 분리되어 진행되도록 하고, 제2 광경로 수정 수단은 90도의 각도를 이루면서 입사되는 빛들을 동일한 경로로 진행하도록 한다.

상기 제1 광경로 수정 수단(51), 상기 제1 크롬 마스크(35) 및 상기 제1 미러(53)를 차례로 통과하는 빛과, 상기 제1 광경로 수정 수단(51), 상기 제2 미러(52) 및 상기 제2 크롬 마스크(35')를 차례로 통과하는 빛이, 그 광경로 차이가 반파장 또는 반파장의 홀수 배만큼 차이가 나도록 구성한다.

이에 따라, 위 두 경로를 지나는 빛들은 서로 180도의 위상 차이를 가지게 된다. 도 6에 도시된 것과 같이, ⓐ부분을 지나는 빛은 제2 크롬 마스크만을 투과하고 제1 크롬 마스크에서는 차광되며, ⓑ부분을 지나는 빛은 제1 크롬 마스크만을 투과하고 제2 크롬 마스크에서는 차광되어, 상기 제2 광경로 수정 수단(54)을 거치면서 동일한 광경로를 따라 진행하게 된다. 그럼으로써 웨이퍼(21) 표면에 도포된 감광제를 노광시켜 원하는 패턴(22)이 상기 웨이퍼 상에 형성되도록 한다. 이때, 위상이 반전된 빛은 서로 상쇄되므로 상기 패턴(22)의 경계 부근이 정밀하게 형성될 수 있도록 한다.

경로 차이가 광원으로부터 방출되는 빛의 반파장의 홀수 배, 즉 위상차가 180도가 되도록 노광하여, 도 3에 도시된 종래의 6% 하프 톤 위상 반전 마스크와 동일한 효과를 가지게 한다.

본 발명에 따르면, 두 장의 크롬 마스크로 위상 반전 마스크와 동일한 효과를 가질 수 있도록 하는 노광 시스템이 제공된다. 이에 따라, 위상 반전 마스크를 제작하는데 소요되는 원가를 절감할 수 있다.

또한, 일반 위상 반전 마스크는 마스크 상에 위상 및 투과율이 결정되어 있지만, 본 발명의 노광 시스템을 사용하는 경우, 이를 임의로 조절이 가능하여 정확한 위상 및 투과율을 조절할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims

광원;

상기 광원으로부터 빛을 받아 빛의 광경로를 90도로 분리하는 제1 광경로 수정 수단;

상기 제1 광경로 수정 수단에서 분리되는 빛을 각각 반사시키는 제1 및 제2 미러;

상기 제1 및 제2 미러에서 각각 반사되는 빛이 모여서 한 방향으로 진행하도록 광경로를 수정하는 제2 광경로 수정 수단;

상기 제1 광경로 수정 수단과 상기 제1 미러 사이에 배치되고, 투광부와 차광부가 형성된 제1 크롬 마스크; 및

상기 제2 미러와 상기 제2 광경로 수정 수단 사이에 배치되고, 투광부와 차광부가 형성된 제2 크롬 마스크로 구성되며,

상기 제1 광경로 수정 수단, 상기 제1 크롬 마스크 및 상기 제1 미러를 차례로 통과하는 빛과, 상기 제1 광경로 수정 수단, 상기 제2 미러 및 상기 제2 크롬 마스크를 차례로 통과하는 빛은, 그 광경로 차이가 반파장 또는 반파장의 홀수 배가 되는 것을 특징으로 하는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 크롬 마스크 및 상기 제2 크롬 마스크는, 그 단 면을 기준으로 각각의 투광부는 중첩되지 않고 차광부는 부분 중첩되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 크롬 마스크 및 상기 제2 크롬 마스크는, 그 단면을 기준으로 각각의 투광부와 차광부가 엇갈리도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광경로 수정 수단은 프리즘을 이용하는 빔 스플릿인 것을 특징으로 하는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광경로 수정 수단은, 입사되는 빛을 광량을 기준으로 소정량 분리하여 입사되는 빛의 경로에 대해 90도 꺾인 방향으로 진행하도록 하는 것을 특징으로 하는 이중 마스크를 이용한 위상 반전 노광 시스템.