KR100835495B1 - 반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법 - Google Patents

반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법에 관한 것으로, 조명계와 레티클 사이에 투과 물질부를 구비하고, 상기 투과 물질부에 입사된 후 굴절되는 TM 편광과 반사되는 TE 편광이 90°의 각을 가지도록 상기 조명계의 홀 위치를 조절함으로써, 노광 공정시 패터닝에 유리한 TE 편광만을 패터닝에 이용하여 해상도를 향상시키는 기술을 개시한다.

Description

반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법{EXPOSURE EQUIPMENT OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR EXPOSURE OF SEMICONDUCTOR DEVICE }
도 1a 및 도 1b는 라인/스페이스 패턴으로 구성된 노광 마스크에 빛을 입사하는 모습을 도시한 사시도.
도 2는 편광 필터를 이용한 선형 편광의 원리를 도시한 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명에 이용되는 브루스터 각(Brewster's Angle)을 설명한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 노광 장비 및 노광 방법을 도시한 도면.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 편광 조명을 생성하기 위한 조명계를 도시한 도면.
본 발명은 반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법에 관한 것으로, 조명계와 레티클 사이에 투과 물질부를 구비하고, 상기 투과 물질부에 입사된 후 굴절되는 TM 편광과 반사되는 TE 편광이 90°의 각을 가지도록 상기 조명계의 홀 위치를 조절함으로써, 노광 공정시 패터닝에 유리한 TE 편광만을 패터닝에 이용하여 해상도 를 향상시키는 기술을 개시한다.
일반적으로 소자의 집적도가 향상되면서 노광 공정에서의 해상력 부족으로 NA(Numerical Aperture)가 크고 파장이 짧은 노광 장비가 요구된다.
그러나, NA가 큰 노광 장비는 기술적인 제약 및 물리적인 제약이 있기 때문에 현재 노광 공정에서는 다양한 RET(Resolution Enhancement Technology)을 적용한다.
도 1a 및 도 1b는 라인/스페이스 패턴으로 구성된 노광 마스크에 빛을 입사하는 모습을 도시한 사시도들이다.
도 1a를 참조하면, 전도성 물질로 이루어진 라인/스페이스 패턴을 포함하는 마스크상에 상기 라인/스페이스 패턴과 평행하게 편광된 빛이 입사(TE 모드)하는 경우를 도시한 사시도이다.
도 1b를 참조하면, 전도성 물질로 이루어진 라인/스페이스 패턴을 포함하는 마스크상에 상기 라인/스페이스 패턴과 수직하게 편광된 빛이 입사(TM 모드)하는 경우를 도시한 사시도이다.
상기 노광 마스크상에 회절된 빛이 렌즈를 지나 웨이퍼 상에서 이미지가 형성될 때 수직한 방향의 빛(TE 편광)은 이미지 콘트라스트가 상기 렌즈의 굴절률에 관계없이 일정하지만, 수평한 방향의 빛(TM 편광)은 상기 렌즈의 굴절률이 증가할수록 이미지 콘트라스트가 감소하게 된다.
여기서, 피치 값이 작을 경우 수직한 방향으로 편광된 빛의 이미지 콘트라스트가 효과적으로 나타난다. 파장이 일정할 경우 패턴의 피치가 작을수록 상기 노광 마스크 상에서 회절되는 빛의 회절 각도가 커지기 때문에 패턴의 이미지를 형성하기 위한 렌즈의 굴절율도 커져야 한다. 따라서, 노광되는 빛의 편광 성분의 종류에 따라 형성되는 이미지 콘트라스트 정도가 차이 나는 것을 알 수 있다.
도 2는 편광 필터를 이용한 선형 편광을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 편광 필터를 이용한 선형 편광을 나타낸 것으로 편광되지 않은 광원이 Y 선형 편광 필터(50)를 통과하게 되면 X 축 방향의 빛이 차단되어 Y 축 방향의 빛만 상기 편광 필터를 통과하게 된다.
상술한 종래 기술에 따른 반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법에서, 편광 조명을 이용하기 위해서는 편광 조명을 만드는 장치가 요구되며, 편광 필터를 사용하는 경우에는 여러 종류의 편광을 모두 만족시키기 어려운 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 조명계와 레티클 사이에 투과 물질부를 구비하고, 상기 투과 물질부에 입사된 후 굴절되는 TE 편광과 반사되는 TM 편광이 브루스터 각(90°)을 가지도록 상기 조명계의 홀 위치를 조절함으로써, 노광 공정시 패터닝에 유리한 TE 편광만을 패터닝에 이용하여 해상도를 향상시키는 반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 장비는
광원부, 레티클부, 렌즈부 및 웨이퍼 스테이지를 구비한 노광 장비에 있어서,
광원부와 레티클부 사이에 구비되는 사입사 조명계와,
사입사 조명계와 레티클부 사이에 구비되는 원통형의 투과 물질부
를 구비하는 것을 특징으로 하며,
본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 방법은
광원부에서 조사된 광원이 조명계를 통과하는 단계와,
상기 조명계를 통과한 광원이 투과 물질부를 통과하되, TE 편광은 반사되고, TM 편광은 굴절되어 입사되는 단계와,
상기 투과 물질부를 통과한 광원이 레티클부를 통과한 후 렌즈에서 캡쳐되는 단계와,
상기 캡쳐된 광원이 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 이용되는 브루스터 각(Brewster's Angle)을 설명한 도면이다.
도 3a를 참조하여 브루스터 각을 설명하면, 일정 매질에 빛이 입사되는 경우 굴절되는 빛과 반사되는 빛 사이의 각도가 90°가 되면, TM 편광은 모두 굴절되어 입사되고, TE 편광은 모두 반사되는 것을 나타낸다.
이때, tanθ=nt /ni 로 이를 이용하여 브루스터 각을 알 수 있다. (nt,ni는 두 매질의 굴절율이다.)
도 3b의 그래프를 참조하면, 브루스터각이 50 내지 60°정도가 되면, TE 편광은 모두 반사되고, TM 편광은 모두 굴절되어 투과되는 것을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 노광 장비 및 노광 방법을 도시한 것이다.
도 4를 참조하여 반도체 소자의 노광 장비를 설명하면, 광원부(100), 레티클부(120), 렌즈부(130) 및 웨이퍼 스테이지(140)가 구비된 노광 장비를 나타낸 것으로, 광원부(100)와 레티클부(120) 사이에 조명계(105) 및 투과 물질부(110)가 구비된다.
여기서, 투과 물질부(110)는 모든 방향에서 입사하는 빛을 고려하여 원통형으로 형성한다.
이때, 상기 투과 물질은 렌즈부(130)와 동일한 물질 또는 렌즈부(130)보다 투과도가 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 CaF2로 형성한다.
상기 '도 4'를 참조하여 반도체 소자의 노광 방법을 설명하면, 광원부(100)에서 조사된 광원이 조명계(105)를 통과한 후 투과 물질부(110)를 통과한다.
이때, 조명계(105)의 홀 위치를 조절하여 투과 물질부(110)에 입사되는 광의 굴절되는 빛과 반사되는 빛 사이의 각도가 90°가 되도록 하면, TE 편광은 반사되어 레티클부(120)로 입사되고, 패터닝에 불리한 TM 편광은 굴절된다.
다음에, 상기 TE 편광이 레티클부(120)를 통과한 후 렌즈(130)에서 캡쳐되고, 상기 캡쳐된 광원이 웨이퍼(140) 상에 패턴을 형성한다.
이때, 패터닝에 유리한 TE 편광을 패터닝에 이용함으로써, 패턴 형성시 해상도을 향상시킬 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 다양한 편광 조명을 생성하기 위한 조명계를 도시한 것으로, X축 선형 편광(도 5a), Y축 선형 편광(도 5b), 크로스폴 편광(도 5c) 또는 크로스폴의 45° 편광(도 5d) 형태의 사입사 조명계를 나타낸다.
삭제
본 발명에 따른 반도체 소자의 노광 장비 및 노광 방법은 투과 물질부에 입사된 후 굴절되는 TM 편광과 반사되는 TE 편광이 90°의 각을 가지도록 상기 조명계의 홀 위치를 조절함으로써, 노광 공정시 패터닝에 유리한 TE 편광만을 패터닝에 이용하여 해상도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 광원부, 레티클부, 렌즈부 및 웨이퍼 스테이지를 구비한 노광 장비에 있어서,
    광원부와 레티클부 사이에 구비되는 조명계; 및
    상기 조명계와 레티클부 사이에 구비되는 원통형의 투과 물질부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명계는 X축 편광, Y축 편광, 크로스폴 편광 또는 상기 크로스폴의 45°편광 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 장비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과 물질부는 CaF2로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 장비.
  4. 광원부에서 조사된 광원이 조명계를 통과하는 단계;
    상기 조명계를 통과한 광원이 원통형의 투과 물질부를 통과하되, TE 편광은 반사되어 입사되고, TM 편광은 굴절되는 단계;
    상기 투과 물질부를 통과한 TE 편광이 레티클부를 통과한 후 렌즈에서 캡쳐되는 단계; 및
    상기 캡쳐된 광원이 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조명계 홀의 크기 및 위치를 조절하여 TE 편광과 TM 편광이 수직하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 조명계는 X축 편광, Y축 편광, 크로스폴 편광 또는 크로스폴의 45°편광 중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 노광 방법.
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