KR100652403B1 - 다중노광 시스템 및 이를 이용한 다중노광 방법 - Google Patents

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Abstract

개구수 조절수단을 포함하는 다중노광 시스템 및 이를 이용한 다중노광 방법에 대해 개시한다. 그 시스템은 마스크 패턴의 단축방향과 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 개구수 조절수단을 포함한다. 그 방법은 마스크 패턴의 단축방향에 대한 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단을 이용하여 첫 번째 노광을 실시하고 이어서 마스크 패턴의 장축에 대한 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 이용하여 두 번째 이상의 노광을 실시하거나, 동시에 장착된 제1 개구수 조절수단과 상기 제2 개구수 조절수단을 이용하여 첫 번째 노광과 두 번째 이상의 노광을 순차적으로 실시할 수 있다.
노광, 마스크 패턴, 개구수 조절수단, 해상력

Description

다중노광 시스템 및 이를 이용한 다중노광 방법{Multiple exposure system and method of multiple exposure using the same}
도 1은 마스크 패턴이 형성된 레티클의 평면도이고, 도 2는 종래의 개구수 조절수단의 하나의 예인 양극조명(dipole) 어퍼쳐를 나타낸 평면도이며, 도 3은 상기 양극조명 어퍼쳐에 의해 전사된 전사패턴을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다중노광 시스템을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 의해 적용되는 마스크 패턴이 형성된 레티클을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 개구수 조절수단을 나타낸 평면도이고, 도 7은 제1 개구수 조절수단에 의해 전사된 마스크 패턴의 이미지이다.
도 8은 본 발명의 제2 개구수 조절수단을 나타낸 평면도이고, 도 9는 제2 개구수 조절수단에 의해 전사된 마스크 패턴의 이미지이다.
도 10은 본 발명의 제1 개구수 조절수단과 제2 개구수 조절수단을 이용하여 전사된 전사패턴을 나타낸 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 의한 다중노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12a 내지 도 12c는 노광에너지 비인 E1/E2에 따라 전사된 전사패턴을 나타낸 단면도들이다.
도 13a 내지 도 13c는 투영렌즈의 개구수/조명계의 개구수에 따라 전사된 전사패턴을 나타낸 평면도들이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 의한 다중노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15a 및 도 15b는 단일노광을 하는 경우와 본 발명의 실시예들에 의하여 다중노광을 하는 경우의 공정자유도(process window)를 비교한 도표들이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100; 조명계 110; 개구수 조절수단
112; 제1 개구수 조절수단 114; 제2 개구수 조절수단
120; 레티클 121; 석영기판
122; 마스크 패턴 130; 투영렌즈
140; 웨이퍼 141; 반도체 기판
142; 전사패턴 150; 스테이지
160; 제어부
본 발명의 반도체소자 또는 LCD 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 개구수 조절수단을 포함하는 다중노광 시스템 및 이를 이용한 다중노광 방법에 관한 것이다.
반도체소자 또는 LCD(이하, 반도체소자라고 간략하게 표현함) 제조공정 중 포토공정은 반도체기판 상의 레지스트에 원하는 마스크 패턴을 형성하는 것으로, 설계하고자 하는 마스크 패턴이 형성된 레티클에 빛을 조사하면 상기 레지스트가 감광된다. 이에 따라, 마스크 패턴은 웨이퍼에 전사된 전사패턴을 형성할 수 있다. 여기서, 웨이퍼는 반도체기판 상에 레지스트가 도포된 것이다. 포토공정에 사용하 는 노광장치는 레티클 상에 형성된 마스크 패턴을 광학렌즈를 이용하여 웨이퍼에 축소투영하여 전사하는 장비이다.
한편, 반도체소자의 집적도가 높아짐에 따라 마스크 패턴에 대한 해상력(resolution)을 향상시키기 위해 다양한 노력이 진행되고 있다. 즉, 소정 파장의 빛을 방출하는 조명계의 개구수(Numerical aperture)를 조절하는 개구수 조절수단(NA control means)을 다양하게 변형하여 해상력을 향상시키는 시스템 및 방법들이 구현되고 있다.
도 1 내지 도 3은 해상력 계수(k1 = (R*NA)/??)가 0.30에 근접한 마스크 패턴(12)을 가상적으로 설정하여 전사패턴(22)을 시뮬레이션한 것이다. 여기서, R은 해상력, NA는 개구수이고 ??는 노광에 사용되는 빛의 파장이다. 도 1은 마스크 패턴(12)이 형성된 레티클의 평면도이고, 도 2는 종래의 개구수 조절수단의 하나의 예인 양극조명(dipole) 어퍼쳐를 나타낸 평면도이며, 도 3은 상기 양극조명 어퍼쳐에 의해 반도체기판(20) 상에 전사된 전사패턴(22)을 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 레티클(10)은 설계하고자 하는 마스크 패턴(12)을 포함하고 있다. 마스크 패턴(12)은 X축방향에 대하여 소정의 각을 이루면서 연장될 수 있고, X축방향에 평행 또는 수직하게 연장될 수도 있다. 여기서, 마스크 패턴(12) 사이의 짧은 피치(pitch) 방향은 마스크 패턴(12)의 단축이라고 하며, 긴 피치 방향은 마스크 패턴(12)의 장축이라고 한다.
도 2에 도시된 양극조명 어퍼쳐(15)는 마스크 패턴(12)의 단축방향에 대하여 해상력이 우수한 개구수 조절수단이다. 하지만, 상기 어퍼쳐(15)는 마스크 패턴(12)의 장축방향의 해상력이 낮으므로, 상기 어퍼쳐(15)를 이용하여 마스크 패턴(12)의 장축방향으로의 노광을 실시하는 것은 곤란하다.
도 3을 참조하면, 반도체기판(20) 상에 전사된 전사패턴(22)에 의하면 양극조명 어퍼쳐는 단축방향에 대한 해상력이 우수함을 알 수 있다. 즉, 마스크 패턴(12)의 단축방향이 전사된 전사패턴(22)의 단축방향의 패턴 형상을 명확하게 구별할 수 있다. 이에 반해, 마스크 패턴(12)의 장축방향이 전사된 전사패턴(22)의 장축방향의 패턴 형상은 전혀 구별되지 않고 연결되어 있다.
종래의 노광방식의 하나의 예로써, 이중노광(double exposure)이 있다. 이중노광은 서로 다른 마스크 패턴이 형성된 레티클을 이용하여 첫 번째 노광과 두 번째 노광을 실시하는 것이다. 이중노광은 동일한 레티클을 사용하지 않기 때문에 노광공정 중에 레티클을 변경하여야 한다. 레티클의 변경은 반도체소자의 수율(throughput)을 저하시키며, 두 번의 노광을 위한 정렬도가 정확하지 않으면 이미지의 콘트라스트(contrast)가 저하되고 전사패턴의 쉬프트(shift)가 일어난다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 마스크 패턴의 단축방향과 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 다중노광 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 마스크 패턴의 단축방향과 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 다중노광 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 다중노광 시스템은 소정의 노광에너지를 갖는 빛을 방출하는 조명계 및 상기 조명계와 마스크 패턴이 형성된 레티클 사이에 배치되며, 상기 마스크 패턴과 동일한 형상의 패턴이 형성된 상기 레티클에 빛을 조사하기 위한 상기 조명계의 개구수를 조절하는 개구수 조절수단을 포함한다. 이때, 상기 개구수 조절수단은 상기 패턴의 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단 및 상기 패턴의 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 포함한다.
상기 레티클은 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계 중에 교체되지 않는 것일 수 있다. 상기 마스크 패턴이 전사하는 단계 중에 교체되는 상기 레티클은 교체되기 전의 상기 마스크 패턴과 동일한 형상의 패턴이 형성된 것일 수 있다.
상기 제1 개구수 조절수단은 첫 번째 노광에너지 E1에 의해 노광하고 상기 제2 개구수 조절수단은 두 번째 이상의 노광에너지 E2에 의해 노광하는 데 사용될 수 있다. 상기 제1 개구수 조절수단과 제2 개구수 조절수단은 동시에 장착되어 첫 번째 노광에너지 E3과 두 번째 이상의 노광에너지 E4에 의해 노광하는 데 사용될 수 있다.
상기 제2 개구수 조절수단은 상기 조명계의 개구수와 상기 레티클을 통과한 빛을 웨이퍼에 조사하기 위한 투영렌즈의 개구수의 비를 조절하여 사용될 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 다중노광 방법의 하나의 예는 먼저 마스크 패턴이 형성된 레티클을 광로에 배치한다. 그후, 상기 레티클의 상부에 설치된 개구수 조절수단에 의하여 상기 마스크 패턴과 동일한 형상 의 패턴이 형성된 상기 레티클에 빛을 조사하여 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴을 전사한다. 이때, 상기 개구수 조절수단은 상기 패턴의 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단 및 상기 패턴의 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 포함한다.
상기 마스크 패턴을 전사하는 단계는 먼저 상기 레티클의 상부의 상기 광로에 상기 마스크 패턴의 단축방향에 대한 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단을 배치하는 단계와, 상기 제1 개구수 조절수단을 이용하여 첫 번째 노광을 실시하는 단계와, 상기 제1 개구수 조절수단을 상기 광로에서 제거하는 단계와, 상기 마스크 패턴의 장축에 대한 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 상기 광로에 배치하는 단계와, 상기 제2 개구수 조절수단을 이용하여 두 번째 이상의 노광을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 다중노광 방법의 다른 예는 먼저 마스크 패턴이 형성된 레티클을 광로에 배치한다. 그후, 상기 레티클 상부에 설치된 개구수 조절수단에 의하여 상기 마스크 패턴과 동일한 형상의 패턴이 형성된 상기 레티클에 빛을 조사하여 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴의 크기가 조절되도록 전사한다. 이때, 상기 개구수 조절수단은 상기 패턴의 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단 및 상기 패턴의 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 포함한다.
상기 마스크 패턴의 크기가 조절되도록 전사하는 단계는 상기 레티클의 상부의 상기 광로에 상기 마스크 패턴의 단축방향에 대한 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단을 장착하는 단계와, 상기 제1 개구수 조절수단을 이용하여 첫 번째 노광을 위한 제1 노광에너지 E1에 의해 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계와, 상기 제1 개구수 조절수단을 광로에서 제거하는 단계와, 상기 마스크 패턴의 장축에 대한 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 상기 광로에 장착하는 단계 및 상기 제2 개구수 조절수단을 이용하여 상기 제1 노광에너지 E1과 E1/E2의 비를 갖는 두 번째 이상의 노광을 위한 제2 노광에너지 E2에 의해 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴의 크기가 조절되도록 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 마스크 패턴의 크기가 조절되도록 전사하는 단계는 상기 레티클 상부의 상기 광로에 상기 제1 개구수 조절수단과 상기 제2 개구수 조절수단을 동시에 배치하는 단계와, 상기 제1 개구수 조절수단과 상기 제2 개구부 조절수단을 이용하여 첫 번째 노광을 위한 제3 노광에너지 E3에 의해 상기 레티클 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계 및 상기 제1 개구수 조절수단과 상기 제2 개구수 조절수단을 이용하여 두 번째 이상의 노광을 위한 제4 노광에너지 E4의 비인 E3/E4에 의해 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴의 크기가 조절되도록 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 개구수 조절수단은 상기 조명계의 개구수와 상기 레티클을 통과한 빛을 웨이퍼에 조사하기 위한 투영렌즈의 개구수의 비를 조절하여 사용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발 명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 4는 본 발명의 다중노광 시스템을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 4를 참조하면, 조명계(100), 예를 들어 ArF 엑시머 레이저 등으로부터 빛을 방출한다. 다중노광을 위한 본 발명의 개구수 조절수단(110)은 조명계(100)의 개구수를 조절하는 것으로 이하 도 5 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 레티클(120)은 석영기판(121)에 마스크 패턴(122)이 형성된 것이다. 레티클(120)은 노광하고자 하는 회로패턴에 대응하여, 빛을 투과하기도 하고 차단하기도 한다. 투영렌즈(130)는 레티클(120)을 투과한 광을 웨이퍼(140) 소정의 영역을 향하여 집속한다.
웨이퍼(140)는 반도체기판(141)의 표면에 레지스트가 도포된 것이다. 스테이지(150)는 웨이퍼(140)를 X,Y,Z축방향으로 적절하게 이동시켜 웨이퍼(140)와 투영렌즈(130)와의 상대적인 위치를 조절한다. 제어부(160)는 예를 들어, 소정의 프로그램 등에 따라서 장치의 각 부분을 소정의 순서대로 제어한다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 다중노광 시스템을 이용하여 해상력 계수(k1 = (R*NA)/??)가 0.30에 근접한 마스크 패턴(122)을 가상적으로 설정하여 그에 따른 이미지를 시뮬레이션한 것이다. 여기서, R은 해상력, NA는 개구수이고 ??는 노광에 사용되는 빛의 파장이다.
도 5는 마스크 패턴(122)이 형성된 레티클(120)을 나타낸 평면도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 제1 개구수 조절수단(112)을 나타낸 평면도이며, 도 7은 제1 개구수 조절수단(112)에 의해 전사된 마스크 패턴(122)의 이미지이다. 나아가, 도 8은 본 발명의 제2 개구수 조절수단(114)을 나타낸 평면도이고, 도 9는 제2 개구수 조절수단(114)에 의해 전사된 마스크 패턴(122)의 이미지이다. 본 발명의 개구수 조절수단(110)은 제1 개구수 조절수단(112)과 제2 개구수 조절수단(114)이 조합된 것을 이용한다.
도 5를 참조하면, 레티클(120)은 설계하고자 하는 마스크 패턴(122)을 포함하고 있다. 마스크 패턴(122)은 X축방향에 대하여 소정의 각을 이루면서 연장될 수 있고, X축방향에 평행 또는 수직하게 연장될 수도 있다. 여기서, 마스크 패턴(122)간의 짧은 피치(pitch) 방향은 마스크 패턴(122)의 단축이라고 하며, 긴 피치 방향은 마스크 패턴(122)의 장축이라고 한다. 레티클(120)은 동일한 형상의 마스크 패턴(122)이 형성된 것이다. 즉, 레티클(120)은 마스크 패턴(122)이 웨이퍼(140)에 전사되는 과정에서 교체되지 않고 사용되는 것이거나, 교체된 경우에도 교체되기 전의 마스크 패턴(122)과 동일한 형상의 패턴이 형성된 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 의한 제1 개구수 조절수단(112), 예를 들어 양극조명 어퍼쳐는 마스크 패턴(122)의 단축방향으로 해상력이 우수한 개구수 조절수단이다. 하지만, 상기 어퍼쳐(112)는 마스크 패턴(122)의 장축방향의 해상력이 낮으므로, 상기 어퍼쳐(112)를 이용하여 마스크 패턴(122)의 장축방향으로의 노광을 실시하기가 어렵다. 제1 개구수 조절수단(112)은 양극조명 어퍼쳐에 한정하는 것이 아니라, 다양한 형태로 변형되어 사용될 수 있다.
도 7을 참조하면, 시뮬레이션된 이미지에 의하면 본 발명의 제1 개구수 조절수단(112)은 마스크 패턴(122)의 단축방향에 대하여 해상력이 우수함을 알 수 있다. 즉, 마스크 패턴(122)의 단축방향이 전사된 전사패턴(142)의 단축방향의 패턴 형상을 명확하게 구별할 수 있다. 이에 반해, 마스크 패턴(122)의 장축방향이 전사된 전사패턴(142)의 장축방향의 패턴 형상은 전혀 구별되지 않고 연결되어 있다.
도 8을 참조하면, 제2 개구수 조절수단(114), 예를 들어 환형(annular) 어퍼쳐는 마스크 패턴(122)의 장축방향에 대하여 해상력이 양호하다. 제2 개구수 조절수단(114)은 제1 개구수 조절수단(112)이 제거된 곳에 위치하거나 제1 개구수 조절수단(112)의 하부에 장착될 수 있다.
도 9를 참조하면, 시뮬레이션된 이미지에 의하면 본 발명의 제2 개구수 조절수단(114)은 마스크 패턴(122)의 장축방향으로는 해상력이 우수함을 알 수 있다. 즉, 마스크 패턴(122)의 장축방향이 전사된 전사패턴(142)의 장축방향의 패턴 형상은 명확하게 구별할 수 있었다.
도 10은 본 발명의 제1 개구수 조절수단(112)과 제2 개구수 조절수단(114)을 이용하여 전사된 전사패턴(142)을 나타낸 평면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 다중노광 방법은 먼저 마스크 패턴(122)이 형성된 레티클(120)을 광로에 배치한다. 그후, 레티클(120)의 상부에 설치된 개구수 조절수단(110)에 의하여 마스크 패턴(122)과 동일한 형상의 마스크 패턴(122)이 형성된 레티클(120)에 빛을 조사한다. 이에 따라, 레티클(120)의 하부에 안착된 웨이퍼(140)에는 마스크 패턴(122)이 전사되어 전사패턴(142)이 형성된다.
개구수 조절수단(110)은 마스크 패턴(122)의 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단(112)과 마스크 패턴(122)의 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단(114)으로 이루어질 수 있다.
제1 실시예
본 발명에 의한 다중노광시스템을 이용하여 마스크 패턴(122)을 전사하는 방법은 다양한 방법이 존재할 수 있으나, 다음과 같은 제1 실시예를 들어 설명하기로 한다.
첫 번째 방법은 먼저 레티클(120)을 광로에 배치하고, 레티클(120) 상부의 광로에 제1 개구수 조절수단(112)을 배치한다. 그후, 제1 개구수 조절수단(112)을 이용하여 첫 번째 노광을 실시한다. 제1 개구수 조절수단(112)을 광로에서 제거한다. 레티클(120) 상부의 광로에 제2 개구수 조절수단(114)을 장착한다. 이때, 제2 개구수 조절수단(114)은 제1 개구수 조절수단(112)이 제거된 곳에 장착될 수 있다. 이어서, 제2 개구수 조절수단(114)을 이용하여 두 번째 이상의 노광을 실시한다. 여기서 두 번째 이상의 노광이란 동일한 마스크 패턴(122)이 형성된 레티클(120)을 동일한 제2 개구수 조절수단(114)에 의하여 2회 이상 노광을 실시하는 것을 말한다.
다른 방법은 먼저 레티클(120)을 광로에 배치하고 레티클(120) 상의 광로에 제1 개구수 조절수단(112)과 제2 개구수 조절수단(114)을 동시에 장착한다. 그후, 제1 개구수 조절수단(112)과 제2 개구수 조절수단(114)을 이용하여 첫 번째 노광을 실시한다. 제1 개구수 조절수단(112)과 제2 개구수 조절수단(114)을 이용하여 두 번째 이상의 노광을 실시한다. 여기서 두 번째 이상의 노광이란 동일한 마스크 패턴(122)이 형성된 레티클(120)을 동일한 제2 개구수 조절수단(114)에 의하여 2회 이상 노광을 실시하는 것을 말한다.
본 발명에 의하면, 마스크 패턴(122)의 단축방향과 장축방향 모두 해상도가 양호한 전사패턴(142)이 형성된다. 즉, 전사패턴(142)에 의하면 전사패턴(142)이 단축방향과 장축방향 패턴의 형상을 명확하게 구별할 수 있었다.
이하, 전사패턴(142)의 크기를 조절하는 방법에 관한 것으로 전사하는 방식에 따라 제2 실시예와 제3 실시예와 나누어 설명하기로 한다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예는 패턴의 크기를 조절하는 방법은 노광에너지를 조절하는 방법, 투영렌즈(130)의 개구수와 조명계(100)의 개구수를 조절하는 방법 및 노광에너지와 개구수를 동시에 조절하는 방법으로 나눌 수 있다.
<노광에너지를 조절하는 방법>
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 의한 다중노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 먼저 마스크 패턴(122)이 형성된 레티클(120)을 광로에 배치한다(S100). 그후, 레티클(120) 상부의 광로에 마스크 패턴(122)의 단축방향에 대한 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단(112)을 장착한다(S110). 제1 개구수 조절수단(112)을 이용하여 첫 번째 노광을 위한 제1 노광에너지 E1에 의해 레티클(120)의 하부에 안착된 웨이퍼(140)에 마스크 패턴(122)을 전사한다(S120). 제1 개 구수 조절수단(112)을 광로에서 제거한다(S130).
다음에, 레티클(120) 상부의 광로에 마스크 패턴(122)의 장축에 대한 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단(114)을 장착한다(S140). 제2 개구수 조절수단(114)을 이용하여 제1 노광에너지 E1과 E1/E2의 비를 갖는 두 번째 이상의 노광을 위한 제2 노광에너지 E2에 의해 레티클(120)의 하부에 안착된 웨이퍼(140)에 전사패턴(142)을 형성한다(S150). 이때, 전사패턴(142)의 크기는 노광에너지 비인 E1/E2 값에 따라 달라진다.
도 12a 내지 도 12c는 노광에너지 비인 E1/E2 값에 따라 전사된 전사패턴(142)을 나타낸 단면도들이다. 도 12a는 E1/E2의 값이 1인 경우이고, 도 12b는 1.5인 경우이며, 도 12c는 2인 경우의 전사패턴(142)이다. 즉, 도 12a에서 도 12c로 갈수록 E1/E2의 값이 커진다.
도 12a 내지 도 12c를 참조하면, E1/E2의 값이 1, 1.5 및 2인 경우의 장축방향에 따라 배열된 패턴의 최근접하는 양단부 사이의 거리는 각각 a1, a2 및 a3이다. 도시된 바와 같이, 양단부 사이의 거리는 a1<a2<a3의 관계를 가짐을 알 수 있다. 즉, 노광에너지 비인 E1/E2의 값을 조절하면 전사패턴(142)의 크기를 조절할 수 있다.
<개구수를 조절하는 방법>
개구수는 조절하는 방법은 조명계(100)의 개구수와 레티클(120)을 통과한 빛을 웨이퍼(140)에 조사하기 위한 투영렌즈(130)의 개구수의 비를 조절하는 것이다.
도 13a 내지 도 13c는 투영렌즈(130)의 개구수/조명계(100)의 개구수(이하 NA비율이라고 함)에 따라 전사된 전사패턴(142)을 나타낸 평면도들이다. 도 13a는 NA비율의 값이 0.80/0.95인 경우이고, 도 13b는 0.75/0.95인 경우이며 도 13c는 0.70/0.95인 경우의 전사패턴(142)이다. 즉, 도 13a에서 도 13c로 갈수록 NA비율의 값이 작아진다.
도 13a 내지 도 13c를 참조하면, NA비율의 값이 0.80/0.95, 0.75/0.95 및 0.70/0.95인 경우의 장축방향에 따라 배열된 패턴의 최근접하는 양단부 사이의 거리는 각각 b1, b2 및 b3이다. 도시된 바와 같이, 양단부 사이의 거리는 b1<b2<b3의 관계를 가짐을 알 수 있다. 즉, NA비율의 값을 조절하면 전사패턴(142)의 크기를 조절할 수 있다.
<노광에너지와 개구수를 동시에 조절하는 방법>
도시되지 않았지만, 노광에너지 비인 E1/E2의 값과 NA비율의 값을 동시에 조절하면 전사패턴(142)의 크기를 적절하게 조절할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 의하여 전사패턴(142)의 크기를 조절하면, 원하는 전사패턴(142)의 크기에 따라 광 근접효과를 적절하게 조절할 수 있다.
제3 실시예
본 발명의 제3 실시예에서 전사패턴(142)의 크기를 조절하는 방법은 노광에너지를 조절하는 방법, 투영렌즈(130)의 개구수와 조명계(100)의 개구수를 조절하는 방법 및 노광에너지와 개구수를 동시에 조절하는 방법으로 나눌 수 있다. 여기 서, 투영렌즈(130)의 개구수를 조절하는 방법과 노광에너지와 개구수를 동시에 조절하는 방법은 상술한 제1 실시예에서와 동일하므로 생략하기로 한다.
<노광에너지를 조절하는 방법>
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 의한 다중노광 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 먼저 마스크 패턴(122)이 형성된 레티클(120)을 광로에 배치한다(S200). 그후, 레티클(120) 상부의 광로에 마스크 패턴(122)의 단축방향에 대한 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단(112)과 마스크 패턴(122)의 장축에 대한 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단(114)을 동시에 장착한다(S210). 제1 개구수 조절수단(112)과 제2 개구수 조절수단(114)을 이용하여 첫 번째 노광을 위한 제3 노광에너지 E3에 의해 레티클(120)의 하부에 안착된 웨이퍼(140)에 마스크 패턴(122)을 전사한다(S220). 다음에, 제1 개구수 조절수단(112)과 제2 개구수 조절수단(114)을 이용하여 두 번째 이상의 제4 노광에너지 E4에 의해 레티클(120)의 하부에 안착된 웨이퍼(140)에 마스크 패턴(122)을 전사한다(S230).
여기서는 도시되지는 않았지만, 본 발명의 제2 실시예에 의하여 노광에너지 비인 E3/E4의 값을 조절하면 제1 실시예에서와 동일하게 전사패턴(142)의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 의하여 전사패턴(142)의 크기를 조절하면, 원하는 전사패턴(142)의 크기에 따라 광 근접효과를 적절하게 조절할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 단일노광을 하는 경우와 본 발명의 실시예들에 의하여 다중노광을 하는 경우의 공정자유도(process window)를 비교한 도표들이다. 도 15a는 종래의 단일노광에서의 공정자유도이고 도 15b는 본 발명의 실시예들에 의한 공정자유도이다. 공정자유도는 노광에너지(exposure latitude)와 초점심도(depth of focus)를 곱한 것이다.
도 15a 및 도 15b를 참조하면, 단일노광의 공정자유도는 약 3.2%의 노광에너지(L1)와 0.10㎛의 초점심도(D1)를 가진다. 이에 반해, 본 발명의 실시예들에 의한 다중노광은 약 7.3%의 노광에너지(L2)와 0.15㎛의 초점심도(D2)를 가진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의한 다중노광은 단일노광에 비해 거의 2배에 가까운 공정자유도를 가지는 것을 확인할 수 있었다.
즉, 본 발명의 실시예들에 의한 다중노광 방법은 노광을 위한 오버레이(overlay) 마진(margin)을 향상시킬 수 있다. 오버레이 마진을 충분하게 확보할 수 있기 때문에 반도체소자의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
상술한 본 발명에 따른 다중노광 시스템 및 이를 이용한 노광방법에 의하면, 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단과 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 이용하여 다중노광을 실시하여 전사되는 마스크 패턴의 단축방향과 장축방향에 대한 해상력을 향상시킬 수 있다.
제1 개구수 조절수단 및 제2 개구수 조절수단 각각에 조사되는 노광에너지를 조절하여 전사되는 전사패턴의 크기를 조절할 수 있다.
제2 개구수 조절수단에 있어서 조명계의 개구수와 레티클을 통과한 빛을 웨이퍼에 조사하기 위한 투영렌즈의 개구수의 비를 조절하여 전사되는 전사패턴의 크기를 조절할 수 있다.
본 발명의 다중노광의 공정자유도는 단일노광의 공정자유도에 비해 약 2배 이상으로 증대되어 오버레이(overlay) 마진(margin)을 향상시키기 때문에 생산성 향상에도 큰 도움이 될 수 있다.

Claims (18)

  1. 소정의 노광에너지를 갖는 빛을 방출하는 조명계; 및
    상기 조명계와 마스크 패턴이 형성된 레티클 사이에 배치되며, 상기 마스크 패턴과 동일한 형상의 패턴이 형성된 상기 레티클에 빛을 조사하기 위한 상기 조명계의 개구수를 조절하기 위하여 상기 패턴의 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단 및 상기 패턴의 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 포함하고,
    상기 제1 개구수 조절수단과 제2 개구수 조절수단은 동시에 장착되어 첫 번째 노광에너지 E3과 두 번째 이상의 노광에너지 E4에 의해 노광하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 다중노광 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레티클은 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계 중에 교체되지 않는 것을 특징으로 하는 다중노광 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마스크 패턴이 전사하는 단계 중에 교체되는 상기 레티클은 교체되기 전의 상기 마스크 패턴과 동일한 형상의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 다중노광 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 개구수 조절수단은 상기 조명계의 개구수와 상기 레티클을 통과한 빛을 웨이퍼에 조사하기 위한 투영렌즈의 개구수의 비를 조절하여 사용되는 것을 특징으로 하는 다중노광 시스템.
  7. 마스크 패턴이 형성된 레티클을 광로에 배치하는 단계;
    상기 레티클의 상부의 광로에 상기 패턴의 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단 및 상기 패턴의 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 동시에 장착하는 단계; 및
    상기 마스크 패턴과 동일한 형상의 패턴이 형성된 상기 레티클에 빛을 조사하여 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계를 포함하는 다중노광 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 레티클은 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계 중에 교 체되지 않는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 마스크 패턴이 전사하는 단계 중에 교체되는 상기 레티클은 교체되기 전의 상기 마스크 패턴과 동일한 형상의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 마스크 패턴이 형성된 레티클을 광로에 배치하는 단계;
    상기 레티클의 상부의 상기 광로에 상기 마스크 패턴의 단축방향에 대한 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단을 장착하는 단계;
    상기 제1 개구수 조절수단을 이용하여 첫 번째 노광을 위한 제1 노광에너지 E1에 의해 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계;
    상기 제1 개구수 조절수단을 광로에서 제거하는 단계;
    상기 마스크 패턴의 장축에 대한 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 상기 광로에 장착하는 단계; 및
    상기 제2 개구수 조절수단을 이용하여 상기 제1 노광에너지 E1과 E1/E2의 비를 갖는 두 번째 이상의 노광을 위한 제2 노광에너지 E2에 의해 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴의 크기가 조절되도록 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 상기 제2 개구수 조절수단은 조명계의 개구수와 상기 레티클을 통과한 빛을 웨이퍼에 조사하기 위한 투영렌즈의 개구수의 비를 조절하여 사용되는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 마스크 패턴이 형성된 레티클을 광로에 배치하는 단계;
    상기 레티클 상부의 상기 광로에 상기 마스크 패턴의 단축방향에 대하여 해상력이 양호한 제1 개구수 조절수단과 상기 마스크 패턴의 장축방향에 대하여 해상력이 양호한 제2 개구수 조절수단을 동시에 배치하는 단계;
    상기 제1 개구수 조절수단과 상기 제2 개구수 조절수단을 이용하여 첫 번째 노광을 위한 제3 노광에너지 E3에 의해 상기 레티클 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴을 전사하는 단계; 및
    상기 제1 개구수 조절수단과 상기 제2 개구수 조절수단을 이용하여 두 번째 이상의 노광을 위한 제4 노광에너지 E4의 비인 E3/E4에 의해 상기 레티클의 하부에 안착된 웨이퍼에 상기 마스크 패턴의 크기가 조절되도록 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중노광 방법.
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