KR100598980B1

KR100598980B1 - 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃

Info

Publication number: KR100598980B1
Application number: KR1020040074760A
Authority: KR
Inventors: 박찬하
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-07-12
Also published as: US7427456B2; US20060063075A1; KR20060025894A; CN1749860A

Abstract

본 발명은 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃에 관한 것으로서, 다이폴 어퍼처를 채택한 노광 장치에 사용된 마스크에 있어서, 다이폴과 수직으로 배치된 수직 패턴과, 수직 패턴의 에지에 수직 패턴보다 폭이 넓게 교차된 보조 패턴을 포함한다. 그러므로 본 발명은 다이폴 어퍼쳐를 채택한 노광 장치의 마스크내 패턴 중에서 다이폴에 수직인 수직 패턴의 에지에 수직 패턴보다 폭이 넓은 보조 패턴을 추가 삽입함으로써 수직 패턴의 중간 부분과 에지 부분에서의 선폭 차이를 최소화할 수 있어 수직 패턴의 미세 선폭을 균일하게 유지시킬 수 있다.

다이폴 노광 장치, 수직 패턴, 보조 패턴

Description

다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃{Layout of vertical pattern used dipole expose apparatus}

도 1은 일반적인 다이폴 어퍼쳐를 채택한 노광 장치의 개략적 구조를 나타낸 도면이다.

도 2는 다이폴 어퍼쳐를 나타낸 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 다이폴 노광 장치에서 마스크내 동일 크기의 수평 패턴과 수직 패턴에 의해 각각 노광된 웨이퍼 패턴을 나타낸 도면들이다.

도 4는 종래 기술에 의해 다이폴 노광 장치의 마스크내 수직 패턴으로 노광된 웨이퍼 패턴의 예를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 다이폴 노광 장치의 마스크내 보조 패턴을 추가한 수직 패턴의 레이아웃을 나타낸 도면이다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따라 다이폴 노광 장치의 마스크내 보조 패턴을 삽입한 수직 패턴의 다양한 예를 나타낸 도면이다.

도 7a 내지 도 7c는 보조 패턴이 없는 수직 패턴과 보조 패턴이 추가된 수직 패턴을 사용하여 다이폴 노광 장치에서 노광했을 때 각 웨이퍼 패턴을 비교한 도면이다.

-- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 --

100 : 수직 패턴 102 : 보조 패턴

102a, 102b, 102c : 수직 패턴의 에지 부분

104 : 활성 영역 106 : 비활성 영역

본 발명은 노광 기술에 관한 것으로서, 특히 다이폴 어퍼쳐를 채택한 노광 장치에서 마스크내 수직 패턴의 해상도를 향상시킬 수 있는 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃에 관한 것이다.

반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라 미세한 패턴을 형성하기 위한 포토리소그라피 기술이 연구, 개발되고 있다. 그리고 해상도를 개선할 수 있는 포토리소그라피 방법으로는 광원 수정(예를 들어, 사입사 조명), 광간섭 현상을 이용하는 마스크(예를 들어, 감쇠 위상 시프트, 교번 위상 시프트 등), 마스크 레이아웃 수정(예를 들어, 광근접 효과) 등을 포함한다.

더욱이 초고집적 소자를 제거하기 위해서는 고해상도와 초점 심도(DOF : Depth Of Focus)가 필요하기 때문에 어퍼쳐(aperture)를 사용한 사입사 조명(off-axis) 방법과 같은 변형 조명 방법의 활용이 활발하게 이루어지고 있다. 일반적으로 사용되고 있는 사입사 조명계에 이용되고 있는 어퍼쳐로는 애뉼러(annular), 쿼 드러플(quardruple), 다이폴(dipole)이 주를 이루고 있다.

또한 단위 셀이 무수히 반복되는 DRAM 또는 플래시 메모리와 같은 반도체 메모리 소자의 경우 셀이 일정 방향성을 가지기 때문에 다이폴 어퍼쳐를 채택할 경우 공정 마진을 높일 수 있다. 예를 들어, KrF 등의 광원과 다이폴 어퍼쳐를 채택한 사입사 조명계의 노광 장치를 사용할 경우 하프 피치(half pitch)가 100nm 이하인 반도체 소자의 미세 패턴을 구현할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 다이폴 어퍼쳐를 채택한 사입자 조명계의 노광 장치는 노광 광원을 제어하는 광제한 수단인 어퍼쳐(10)와, 어퍼쳐(10)를 통과한 광원을 집광해주는 콘덴서 렌즈(condenser lens)(12)와, 콘덴서 렌즈(12)의 하부에 놓여진 웨이퍼(18)로 광을 집광해 주는 프로젝션 렌즈(projection lens)(16)와, 콘덴서 렌즈(12)와 프로젝션 렌즈(16) 사이에서 웨이퍼(18)에 놓여진 포토레지스트를 패터닝하기 위한 레티클(reticle)인 마스크(14)가 포함된다.

이와 같이 구성된 노광 장치는 노광 광원이 어퍼쳐(10)와 콘덴서 렌즈(12)를 거쳐 필터링됨과 동시에 집광되어 마스크(14)를 통과한 후에 프로젝션 렌즈(16)를 통하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(18)에 조사된다. 이에 따라 마스크(14)에 형성된 반도체 소자 패턴이 그대로 웨이퍼(18)에 그대로 투영된다.

그런데 이와 같은 노광을 진행하게 되면, 콘텐서 렌즈(12)와 마스크(14)를 통과하는 광 중에서 회절 성분에 의하여 0차, -1차광이 프로젝션 렌즈(16)에 집광 되어 웨이퍼(18)의 포토레지스트에 조사되므로 마스크(14)의 미세 패턴을 정확히 구현할 수 있다.

도 2는 다이폴 어퍼쳐를 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다이폴 어퍼쳐는 예를 들어, 수직, 수평 또는 어떤 주어진 각도로 다양한 폴 형상 및 방위를 가질 수 있다. 여기서 수직, 수평이라는 용어는 Y 방향 및 X 방향에 따라 취해진 기하학적인 패턴의 평면에서의 직교 방향을 의미한다.

도 2의 다이폴 형태의 조명계를 적용했을 때, 도 3a 및 도 3b는 다이폴 노광 장치에서 마스크내 동일 크기의 수평 패턴과 수직 패턴에 의해 각각 노광된 웨이퍼 패턴을 나타낸 도면들이다. 다이폴과 평행한 수평 패턴(20)에 의해 노광된 웨이퍼 패턴(22)보다 폴에 수직인 수직 패턴(24)에 의해 노광된 웨이퍼 패턴(26)의 해상도가 높아 도 3a의 수평 패턴(22)은 패턴 선폭이 커지고 도 3b의 수직 패턴(26)은 패턴 선폭이 작아진다.

도 2와 다르게 Laser가 통과하는 폴이 아래,위에 위치한 조명계를 적용했을 때 도 4와 같이, 웨이퍼 상에 구현된 반도체 소자의 활성 영역(30)과 비활성 영역(34) 사이의 경계 영역에 걸쳐 있는 수직 패턴(32)의 경우 그 크기가 해상력의 한계에 이르는 수준의 작은 선폭으로 유지될 때 그 경계 영역의 에지(A)에서 프로파일의 변화가 심하게 발생하게 되고, 수직 패턴(32)의 중간 부분(B)보다 에지 부분(A)의 선폭(critical dimension)이 좁아지게 된다.

이러한 다이폴 어퍼쳐를 채택한 노광 장치에서 미세 수직 패턴의 선폭을 정확하게 구현하기 어렵기 때문에 반도체 소자의 수율 저하를 유발하는 문제점이 있 다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 마스크내 패턴 중에서 다이폴에 수직인 수직 패턴의 에지에 보조 패턴(tab)을 추가 삽입함으로써 수직 패턴의 미세 선폭을 균일하게 유지시킬 수 있는 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다이폴 어퍼처를 채택한 노광 장치에 사용된 마스크에 있어서, 다이폴과 수직으로 배치된 수직 패턴과, 수직 패턴의 에지에 수직 패턴보다 폭이 넓게 교차된 보조 패턴을 포함한다.

여기서, 상기 보조 패턴은 마스크의 패턴들 중에서 활성 영역과 비활성 영역의 경계에 위치한 수직 패턴의 에지에 형성되는 것이 바람직하고, 수직 패턴보다 5nm∼10nm 폭이 넓은 것이 바람직하다.

또한, 상기 노광 장치는 KrF, ArF, 또는 F2 노광 광원을 사용한다.

본 발명에 따르면, 다이폴 어퍼쳐를 채택한 노광 장치의 마스크내 패턴 중에서 다이폴에 수직인 수직 패턴의 에지에 수직 패턴보다 폭이 넓은 보조 패턴을 추가 삽입함으로써 수직 패턴의 중간 부분과 에지 부분에서의 선폭 차이를 최소화할 수 있어 수직 패턴의 미세 선폭을 균일하게 유지시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 다이폴 어퍼쳐를 채택한 노광 장치의 마스크내 패턴 중에서 다이폴에 수직인 패턴(100)의 에지에 수직 패턴(100)보다 폭이 넓게 교차된 보조 패턴(102)을 추가 삽입함으로써 이후 노광 공정시 웨이퍼 상의 포토레지스트에 조사되는 수직 패턴(100)의 중심 부분과 에지 부분에서의 선폭 차이를 최소화할 수 있다.

본 발명에서 마스크내 수직 패턴(100)의 에지에 형성된 보조 패턴(102)의 폭은 수직 패턴(100)보다 5nm∼10nm 넓은 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 본 발명이 적용된 다이폴 노광 장치에서는 노광 광원을 제어하는 광제한 수단인 어퍼쳐(10)와, 어퍼쳐(10)를 통과한 광원을 집광해주는 콘덴서 렌즈(12)와, 콘덴서 렌즈(12)의 하부에 놓여진 웨이퍼(18)로 광을 집광해 주는 프로젝션 렌즈(16)와, 콘덴서 렌즈(12)와 프로젝션 렌즈(16) 사이에서 웨이퍼(18)에 놓여진 포토레지스트를 패터닝하기 위한 레티클인 마스크(14)가 포함되는데, 본 발명의 마스크(14)에는 도 5와 같이 에지에 보조 패턴(102)이 추가 삽입된 수직 패턴(100)이 형성되어 있다. 이때 본 발명이 적용된 노광 장치는 높은 해상도를 구현하기 위하여 KrF, ArF, 또는 F2 등의 노광 광원을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명이 적용된 다이폴 노광 장치는 KrF 등의 노광 광원 이 어퍼쳐(10)와 콘덴서 렌즈(12)를 거쳐 필터링됨과 동시에 집광되어 마스크(14)내 보조 패턴이 추가 삽입된 수직 패턴을 통과한 후에 프로젝션 렌즈(16)를 통하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(18)에 조사된다. 그러면 마스크(14)에 형성된 보조 패턴이 추가된 수직 패턴이 그대로 웨이퍼(18)에 그대로 투영되기 때문에 수직 패턴의 에지에서 발생되는 해상도 저하를 보조 패턴으로 보상할 수 있다.

도 6a, 도 6b, 도 6c를 각각 참조하면, 마스크내 패턴들 중에서 활성 영역(104)과 비활성 영역(106)의 경계에 위치한 수직 패턴(100)의 에지(A)에 폭이 넓은 보조 패턴(102)을 추가한다. 이때 도면 부호 B는 수직 패턴(100)의 에지 이외의 모든 수직 패턴 부분을 일컫는 것으로서, 수직 패턴(100)의 에지에 반대되는 개념으로 수직 패턴(100)의 중심으로 일컫는다.

일반적으로 다이폴 어퍼쳐를 채택한 사입사 조명계의 노광 장치에서는 마스크의 패턴들 중에서 반도체 소자의 활성 영역과 비활성 영역 사이의 경계 영역에 걸쳐 있는 수직 패턴의 경우 그 경계 영역의 에지에서 프로파일의 변화가 심하게 발생하게 된다. 그러므로 본 발명에서는 도 6a 내지 도 6c와 같이 보조 패턴(102)의 위치를 수직 패턴(100)의 에지로 하되, 활성 영역(104)과 비활성 영역(106)의 경계에 위치한 에지에 삽입한다.

도 7a 내지 도 7c는 보조 패턴이 없는 수직 패턴과 보조 패턴이 추가된 수직 패턴을 사용하여 다이폴 노광 장치에서 노광했을 때 각 웨이퍼 패턴을 비교한 도면 이다.

이때 다이폴 노광 장치의 노광 조건은 KrF 0.8NA 다이폴 70Y를 사용하였다.

	종래 (보조패턴 없음)	본 발명 (보조패턴 5nm)	본 발명 (보조패턴 10nm)
102a 중심	113.6	113.6	113.6
102a 에지	98.0	112.1	123.0
102b 중심	143.6	143.6	143.6
102b 에지	129.3	139.0	148.6
102c 중심	161.1	161.1	160.9
102c 에지	127.4	151.7	175.6

도 7a, 도 7b, 도 7c의 왼쪽 도면을 참조하면, 종래 수직 패턴에 보조 패턴을 추가하지 않을 경우 웨이퍼상의 포토레지스트에 노광되는 패턴은 102a, 102b, 102c와 같이 중심 부분(예를 들어, 113.6, 143.6, 161.1)에 비해 선폭이 좁은 에지 부분(예를 들어, 98.0, 129.3, 127.4)을 갖게 된다.

하지만, 도 7a 내지 도 7c의 중간 도면을 참조하면, 본 발명의 수직 패턴의 에지에 수직 패턴보다 한방향으로 넓은 5nm 보조 패턴을 추가할 경우 웨이퍼상의 포토레지스트에 노광되는 패턴은 중심 부분(예를 들어, 113.6, 143.6, 161.1)과 에지 부분(예를 들어, 112.1, 139.0, 151.7)을 갖게 된다.

또한 도 7a 내지 도 7c의 오른쪽 도면을 참조하면, 본 발명의 수직 패턴의 에지에 10nm 보조 패턴을 추가할 경우 웨이퍼상의 포토레지스트에 노광되는 패턴은 중심 부분(예를 들어, 113.6, 143.6, 160.9)과 에지 부분(예를 들어, 123.0, 148.6, 175.6)을 갖게 된다.

이에 따라, 종래와 같이 다이폴 노광 장치에 사용된 수직 패턴의 에지에 보조 패턴을 추가하지 않을 경우 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 선폭이 중심과 에지에 서 크게 차이가 나지만, 본 발명에 따라 수직 패턴의 에지에 5nm 또는 10nm 보조 패턴을 추가할 경우 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 중심과 에지에서 큰 차이가 나지 않고 거의 균일하게 된다.

따라서 본 발명의 다이폴 노광 장치에서 수직 패턴의 에지에 수직 패턴보다 넓은 일정 폭의 보조 패턴을 추가 삽입할 경우 웨이퍼 상에 형성되는 패턴의 중심과 에지의 선폭 차이를 최소화할 수 있어 수직 패턴의 미세 선폭을 균일하게 구현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명은 다이폴 어퍼쳐를 채택한 노광 장치의 마스크 내 패턴 중에서 다이폴에 수직인 수직 패턴의 에지에 수직 패턴보다 폭이 넓은 보조 패턴을 추가 삽입함으로써 수직 패턴의 중간 부분과 에지 부분에서의 선폭 차이를 최소화할 수 있어 수직 패턴의 미세 선폭을 균일하게 유지시킬 수 있다.

더욱이 본 발명의 수직 패턴을 게이트 라인에 적용할 경우 게이트 라인의 채널 길이를 활성 영역 및 비활성 영역의 경계 부분에서도 균일하게 유지할 수 있어 트랜지스터의 턴온/턴오프 동작을 정확하게 할 수 있다.

Claims

다이폴 어퍼처를 채택한 노광 장치에 사용된 마스크에 있어서,

상기 다이폴과 수직으로 배치된 수직 패턴과,

상기 수직 패턴의 에지에 상기 수직 패턴보다 폭이 넓게 교차된 보조 패턴을 포함하는 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃.
제1항에 있어서,

상기 보조 패턴은 상기 마스크의 패턴들 중에서 활성 영역과 비활성 영역의 경계에 위치한 수직 패턴의 에지에 형성된 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃.
제1항에 있어서,

상기 보조 패턴은 상기 수직 패턴보다 5nm∼10nm 폭이 넓은 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃.
제1항에 있어서,

상기 노광 장치는 KrF, ArF, 또는 F2 노광 광원을 사용하는 다이폴 노광 장치에서의 수직 패턴의 레이아웃.