KR100858407B1 - 포토마스크, 포토마스크를 사용하는 방법 및 장치,포토마스크 패턴 생성 방법, 패턴 형성 방법 및 반도체소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 포토마스크(10)는 기판(11), 기판(11) 상에 위치되는 샷 영역(12), 샷 영역(12) 내에 형성되는 마스크 패턴(13) 그리고 샷 영역(12)의 외부측 노광 영역(우측 지면 영역)(14) 내에 형성되는 마스크 배율 정보부(14x)를 포함한다. 마스크 패턴(13)을 포함하는 전체의 샷 영역(12)은 화살표에 의해 표시된 스캐닝 방향(Y 방향)으로 길다. 마스크 패턴(13)의 마스크 배율은 예컨대 X 방향으로 4의 크기 그리고 Y 방향으로 8의 크기로 설정된다. X 및 Y 방향으로의 마스크 배율이 상이한 그러한 포토마스크를 사용하여 스텝-및-스캔 노광 기술이 수행될 때, 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 고해상도의 웨이퍼가 전사될 수 있다.
포토마스크, 마스크 패턴, 스캐닝 노광 장치, 규정된 배율 바이어스, 스캐닝 방향

Description

포토마스크, 포토마스크를 사용하는 방법 및 장치, 포토마스크 패턴 생성 방법, 패턴 형성 방법 및 반도체 소자{PHOTOMASK, METHOD AND APPARATUS THAT USES THE SAME, PHOTOMASK PATTERN PRODUCTION METHOD, PATTERN FORMATION METHOD, AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 포토마스크의 구성을 도시하는 개략 평면도.
도2는 포토마스크의 국부 단면도.
도3은 OPC 마스크 패턴을 도시하는 개략 평면도.
도4a는 하프-톤형 위상 반전 마스크 패턴을 도시하는 개략 단면도.
도4b는 레벤슨형 위상 반전 마스크 패턴을 도시하는 개략 단면도.
도5a는 웨이퍼 상으로 축소 및 투영되는 실제 패턴과 대조되는 바이어스-배율 포토마스크(10) 상의 마스크 패턴(13)(라인 및 스페이스의 반복 패턴)을 도시하는 개략 평면도.
도5b는 웨이퍼 상으로 축소 및 투영되는 실제 패턴과 대조되는 바이어스-배율 포토마스크(10) 상의 마스크 패턴(13)(홀 패턴)을 도시하는 개략 평면도.
도6a는 바이어스-배율 포토마스크의 효과를 설명하고 통상의 포토마스크를 사용하여 형성되는 웨이퍼 상의 패턴 형상을 특별히 도시하는 개략도.
도6b는 바이어스-배율 포토마스크의 효과를 설명하고 본 실시예의 바이어스-배율 포토마스크를 사용하여 형성되는 웨이퍼 상의 패턴 형상을 특별히 도시하는 개략도.
도7a는 바이어스-배율 포토마스크의 효과를 설명하고 통상의 포토마스크를 통과한 광의 세기 분포를 특별히 도시하는 개략도.
도7b는 바이어스-배율 포토마스크의 효과를 설명하고 바이어스-배율 포토마스크를 통과한 광의 세기 분포를 특별히 도시하는 개략도.
도8a는 바이어스-배율 포토마스크의 효과의 직사각형 형상(주상) 패턴을 도시하는 도면.
도8b는 바이어스-배율 포토마스크의 효과의 실질적으로 링형의 패턴을 도시하는 도면.
도8c는 바이어스-배율 포토마스크의 효과의 U자형 패턴을 도시하는 도면.
도9는 마스크 패턴의 방향과 스캔 방향 사이의 관계를 도시하는 개략도.
도10은 바이어스-배율 포토마스크의 제조 순서를 보여주는 흐름도.
도11a는 포토마스크 작도 스크린(변환 전의 배율)을 도시하는 개략도.
도11b는 포토마스크 작도 스크린(변환 후의 배율)을 도시하는 개략도.
도12는 바이어스-배율 포토마스크(10)가 사용될 수 있는 스캐너(20)의 구성을 도시하는 개략 사시도.
도13은 스캐너(20)를 사용하여 웨이퍼를 스캔 및 노광하는 순서를 보여주는 흐름도.
도14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 도시하는 개략도.
도15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 도시하는 개략도.
도16은 비축 조사 시스템의 원리를 설명하는 개략도.
도17a 내지 도17f는 이중 노광 방법을 설명하는 개략 평면도.
도18a 및 도18b는 포토마스크 상에 형성된 마스크 패턴의 폭을 제어하는 방법을 도시하는 개략 단면도.
도19a는 종래 기술의 스텝 및 반복형 투영 노광 시스템(스텝퍼)을 도시하는 개략도.
도19b는 종래 기술의 스텝 및 스캔형 투영 노광 시스템(스캐너)을 도시하는 개략도.
도20은 종래 기술의 포토마스크의 구조를 도시하는 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 포토마스크
11: 기판
12: 샷 영역
13: 마스크 패턴
14: 외부측 노광 영역
14x: 마스크 배율 정보부
본 발명은 웨이퍼 상으로 고해상도의 패턴(high-definition pattern)을 전사할 수 있는 포토마스크, 포토마스크를 사용하는 스캐닝 노광을 위한 방법 및 장치, 포토마스크를 위한 패턴을 생성시키는 방법, 패턴 형성 방법 그리고 반도체 소자에 관한 것이다.
스텝퍼(stepper)는 웨이퍼 상에 형성되는 레지스트(resist) 또는 또 다른 감광 재료 상으로 마이크로회로 패턴을 전사하는 축소형 투영 노광 장치(reduced projection exposure apparatus)로서 사용된다. 스텝퍼는 도19a에 도시된 바와 같이 빔 광원을 갖는 조사 광학 시스템(41), 포토마스크(42) 그리고 축소형 투영 광학 시스템(43)을 포함하는 스텝-및-반복 노광 장치(step-and-repeat exposure apparatus)이다. 스텝퍼에서, 포토마스크(42) 상의 회로 패턴이 웨이퍼(44)의 표면 상으로 축소 및 투영되며, 패턴은 단일의 공정에서 웨이퍼(44) 상으로 전사된다. 1회-샷 노광이 완료될 때, 웨이퍼(44)가 장착되는 스테이지는 규정된 양만큼 스테핑되며 웨이퍼는 다시 노광된다. 이러한 절차는 전체의 웨이퍼(44)가 노광될 때까지 반복된다.
최근의 더 고집적화된 반도체와 관련하여, 웨이퍼를 위한 마이크로-가공에 대한 지속적인 더 큰 요구가 있다. 또한, 칩 크기가 증가하였으며 큰 직경 및 높은 NA를 갖는 투영 렌즈가 스텝퍼를 위해 요구된다. 그러나, 스텝퍼에서, 단일의 샷 내에 포함되는 노광 가능한 필드(노광 필드)의 크기는 투영 렌즈의 직경 및 수차(aberration)에 크게 의존하며, 렌즈의 직경이 증가함에 따라 렌즈 수차가 증가하기 때문에 높은 해상력(high resolution)을 유지하면서 더 넓은 노광 필드를 보증하는 것이 어려워졌다.
위의 상황에 비추어, 넓은 노광 필드를 갖는 고해상력의 스텝-및-스캔 노광 장치(step-and-scan exposure apparatus)가 최근에 사용되었다(일본 공개 특허 출원 제JP09-167735호). 이러한 노광 장치는 "스캐너(scanner)"로서 호칭되고, 슬릿형 조사 영역을 형성하는 포토마스크 블라인드(photomask blind)(46)가 추가로 제공되며, 단일의 스캔이 도19b에 도시된 바와 같이 축소형 투영 광학 시스템(43)의 축소된 투영 배율에 따른 규정된 속도로 포토마스크(42) 및 웨이퍼(44)를 동기식으로 스캔함으로써 수행된다. 단일의 스캔 노광이 완료될 때, 웨이퍼가 장착되는 스테이지는 규정된 양만큼 스테핑되고 다시 노광된다. 전체의 웨이퍼는 이러한 절차를 반복함으로써 노광된다. 낮은 수차를 갖는 렌즈 중 일부만이 스캐너에서 사용되므로, 노광 필드는 슬릿의 길이 방향으로 상당히 증가될 수 있으며, 큰 노광 필드가 결과적으로 보증될 수 있다. 그러므로, 칩의 전체 표면을 동시에 노광하는 스텝퍼보다 더 큰 미세함을 갖는 패턴이 전사될 수 있다.
웨이퍼가 종래 기술의 스텝퍼 및 스캐너를 사용하여 가공될 때, 4 또는 5의 인자에 의해 확대되는 회로 패턴이 형성되는 포토마스크가 축소형 투영 광학 시스템(투영 렌즈)의 축소비에 따라 사용된다. 종래 기술의 포토마스크(50)에서, 마스크 패턴(51)의 배율(마스크 배율)은 X 및 Y 방향으로 동일하도록(예컨대, 4×4의 배율이도록) 설정되며, 매우 작은 패턴이 도20에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상의 포토마스크(50)를 통과한 빔을 신뢰성 있게 재생함으로써 웨이퍼 상에 형성된다.
그러나, 패턴 피치(pattern pitch)는 점점 더 작은 반도체 소자와 더불어 점점 좁아지고 있으며, 원하는 해상력을 얻기 어렵다. 또한, 회절된 빔의 회절각은 포토마스크 상의 패턴의 크기가 감소됨에 따라 증가된다. 그러므로, 투영 렌즈 내에서 빔을 제한하기 어려우며 원하는 패턴이 얻어질 수 없다는 측면에서 문제점이 있다. 포토마스크 자체의 제조 수율이 감소되고 그에 의해 출하 부족을 초래한다는 측면에서 더 작은 패턴이 또한 문제점을 유발시킨다.
그러므로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 상에 마이크로-패턴을 형성할 수 있고 또한 양호한 제조 수율을 갖는 포토마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 포토마스크를 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 포토마스크가 사용되는 스텝-및-스캔 노광 기술을 기초로 하여 매우 미세한 패턴을 형성하는 개선된 노광 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 상에 매우 작은 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 목적은 고집적 및 고성능 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적은 스캐닝 노광 장치에서 사용되는 포토마스크 에 있어서, 마스크 패턴이 규정된 배율 바이어스에서 스캐닝 방향으로 긴 포토마스크에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 포토마스크에 의하면, 웨이퍼가 배율 바이어스의 방향으로 마스크 배율에 대응하는 스캐닝 속도로 스캔-및-스텝 방법을 사용하여 노광될 때, 스캔 노광이 길이 방향 및 폭 방향으로 동일한 마스크 배율을 갖는 통상의 포토마스크를 사용하여 수행되는 경우에 비해 더 높은 해상도의 패턴이 전사될 수 있는데, 이것은 종횡비 치수(aspect dimension)가 배율 바이어스를 갖기 때문이다. 또한, 스페이스의 폭 그리고 단일의 방향으로의 패턴은 통상의 포토마스크에 비해 길므로, 포토마스크 상에서의 패턴의 가공 정밀도는 더 유연해질 수 있다.
본 발명에서, 마스크 패턴의 길이 방향은 바람직하게는 스캐닝 방향보다 스캐닝 방향에 직각인 방향에 가까우며, 마스크 패턴은 바람직하게는 규정된 피치로써 주기적으로 배열되는 반복 패턴을 갖는다. 패턴 해상력은 라인 및 스페이스 패턴 또는 또 다른 반복 패턴이 최소의 가공 치수의 피치로 반복적으로 형성될 때 특히 문제이지만, 포토마스크 상에서의 마스크 패턴의 폭이 본 발명에서와 같이 스캐닝 방향으로 길 때, 극적인 효과가 성취된다. 반복 패턴은 바람직하게는 라인 및 스페이스, 밀집한 홀, 밀집한 주상 패턴, 링 패턴 및 U자형 패턴 중 임의의 패턴을 포함한다.
본 발명의 포토마스크는 바람직하게는 외부측 노광 영역 내에 기록되는 배율 바이어스에 대한 정보를 추가로 포함한다. 포토마스크의 배율 바이어스는 배율 바이어스에 대한 정보가 포토마스크 상에 기록되기만 하면 포토마스크가 노광 장치 내에 설치될 때 판독될 수 있으며, 웨이퍼의 스캐닝 속도는 배율 바이어스를 기초로 하여 자동적으로 계산될 수 있으며, 노광되어야 하는 웨이퍼의 배향은 원하는 배향으로 조정될 수 있다.
본 발명의 포토마스크는 통상의 이진 포토마스크, OPC 마스크, 또는 감쇠형, 교번형 또는 무크롬형 위상 반전 마스크, 또는 이들 마스크의 조합일 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 웨이퍼가 규정된 배율 바이어스에서 스캐닝 방향으로 긴 마스크 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하는 스텝-및-스캔 기술에 따라 노광되는 노광 방법에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명은 바람직하게는 배율 바이어스 그리고 웨이퍼의 이동 속도를 기초로 하여 포토마스크의 이동 속도를 결정하는 포토마스크 이동 속도 결정 단계와, 슬릿형 빔으로써 웨이퍼를 조사하면서 규정된 스캐닝 속도로 웨이퍼를 이동시키고 웨이퍼와 동기 상태인 포토마스크의 이동 속도로 포토마스크를 이동시킴으로써 포토마스크를 노광하는 스캔 노광 단계를 포함한다. 이러한 방법에 따르면, 포토마스크의 스캐닝 방향은 길이 방향 및 폭 방향으로 상이한 마스크 배율을 갖는 배율-바이어스 포토마스크를 사용함으로써 마스크 패턴의 길이 방향으로 설정되며, 스캔 노광이 통상의 포토마스크를 사용하여 수행되는 경우에 비해 더 높은 해상도의 패턴이 전사될 수 있다. 이러한 결과는 포토마스크가 스캐닝 방향으로의 마스크 배율을 기초로 하여 결정되는 규정된 속도로 이동되면서 웨이퍼가 스캔 및 노광되기 때문에 얻어진다. 포토마스크 이동 속도 결정 단계는 바람직하게는 웨이퍼의 이동 속도의 n배로 포토마스크 이동 속도를 설정하는 단계를 포함하며, 여기에서 n(n>1) 은 스캐닝 방향으로의 마스크 배율이며, m(n>m>1)은 스캐닝 방향에 직각인 방향으로의 마스크 배율이다.
본 발명은 바람직하게는 스캐닝 속도 결정 단계 전에, 포토마스크 상에 기록되는 배율 바이어스에 대한 정보를 판독하는 배율 바이어스 정보 판독 단계를 추가로 갖는다. 포토마스크가 노광 장치 내에 설치될 때, 웨이퍼의 스캐닝 속도는 포토마스크의 마스크 배율 정보부를 판독함으로써 마스크 배율 정보를 기초로 하여 자동적으로 계산될 수 있다.
본 발명은 바람직하게는 스캔 노광 단계 전에, 배율 바이어스에 대한 정보를 기초로 하여 웨이퍼의 배향을 조정하는 웨이퍼 방향 조정 단계를 추가로 갖는다. 배율 바이어스를 갖는 포토마스크의 경우에, 마스크 패턴의 길이 방향은 스캐닝 방향에 맞춰져야 하며, 포토마스크 취급은 웨이퍼의 배향이 조정될 때 포토마스크의 배향이 조정될 것이 필요하지 않기 때문에 용이해진다.
본 발명의 전술된 목적은 규정된 배율 바이어스에서 스캐닝 방향으로 긴 마스크 패턴을 갖는 포토마스크를 사용함으로써 스텝-및-스캔 기술에 따라 웨이퍼를 노광하는 노광 장치에 있어서, 포토마스크 상에 슬릿형 빔을 조사하는 조사 시스템과, 포토마스크를 통과한 빔을 웨이퍼 상에 축소 및 투영하는 축소형 투영 노광 장치와, 포토마스크의 마스크 배율 중 하나에 따른 규정된 스캐닝 속도로 웨이퍼를 스캔 및 노광하는 스캔 노광 수단을 포함하는 노광 장치에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에서, 스캔 노광 수단은 바람직하게는 포토마스크가 장착되는 포토마스크 스테이지, 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 스테이지 그리고 서로와 동기 상태에서 반대 방향으로 포토마스크 스테이지 및 웨이퍼 스테이지를 이동시키는 스캔 제어 수단을 포함한다. 이러한 경우에, 스캔 노광 수단은 웨이퍼 스테이지의 이동 속도로 포토마스크 스테이지의 이동 속도를 설정하며, 여기에서 n(n>1)은 스캐닝 방향으로의 마스크 배율이며, m(n>m>1)은 스캐닝 방향에 직각인 방향으로의 마스크 배율이다.
본 발명의 노광 장치에 따르면, 마스크 배율 길이 방향 및 폭 방향이 동일한 통상의 포토마스크를 사용하여 스캔 노광이 수행되는 경우에 비해 더 높은 해상도의 패턴이 전사될 수 있다. 이러한 결과는 스캔이 바이어스된 종횡비 치수를 갖는 포토마스크를 사용하여 배율 바이어스 방향으로 m배 더 큰 스캐닝 속도로 스텝-및-스캔 기술을 사용하여 수행되기 때문에 얻어진다.
본 발명의 노광 장치는 바람직하게는 포토마스크 상에 기록되는 배율 바이어스에 대한 정보를 판독하는 배율 바이어스 정보 판독 수단과, 배율 바이어스에 대한 정보 그리고 웨이퍼의 이동 속도를 기초로 하여 포토마스크 스테이지의 이동 속도를 결정하는 스캐닝 속도 결정 수단을 추가로 포함한다. 포토마스크가 노광 장치 내에 설치될 때, 포토마스크의 이동 속도는 포토마스크의 배율 바이어스에 대한 정보를 판독함으로써 자동적으로 계산될 수 있으며, 배율 바이어스에 대한 정보를 수동으로 입력하기 위해 요구되는 노동은 절약될 수 있다.
본 발명의 노광 장치에서, 웨이퍼 스테이지는 바람직하게는 웨이퍼 회전 수단을 추가로 포함하며, 웨이퍼 회전 수단은 배율 바이어스에 대한 정보를 기초로 하여 웨이퍼의 배향을 조정한다. 배율 바이어스를 갖는 포토마스크의 경우에, 패 턴의 길이 방향은 스캐닝 방향에 맞춰져야 하지만, 포토마스크 취급은 웨이퍼의 배향이 조정될 때 포토마스크의 배향이 조정될 것이 필요하지 않기 때문에 용이해진다.
본 발명의 노광 장치는 침지 노광 방법, 변형된 조사 방법 또는 이들 2개의 조합일 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 또한 웨이퍼 상에 투영되는 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 실제 패턴의 도면의 생성을 지원하는 실제 패턴 생성 지원 단계와, 실제 패턴을 기초로 하여 보조 패턴을 발생시키는 보조 패턴 발생 단계와, 실제 패턴 및 보조 패턴의 조합 패턴을 발생시키는 조합 패턴 발생 단계와, 규정된 마스크 배율 바이어스를 사용하여 조합 패턴의 길이 방향 및 폭 방향으로의 치수를 변환시키는 변환 단계를 포함하는 포토마스크 패턴 생성 방법에 의해 달성될 수 있다. 이러한 경우에, 실제 패턴 생성 지원 단계는 바람직하게는 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 사용하여 실제 패턴 및 그 치수 표시 축척을 표시하는 단계를 포함하며, 변환 단계는 바람직하게는 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 사용하여 조합 패턴을 표시하는 단계 그리고 그 치수 표시 축척이 확대된 후의 치수를 표시하는 단계를 포함한다. 이러한 방법에 따르면, 실제 패턴과 유사한 패턴이 바이어스된 패턴의 형상에 대한 고려 없이 패턴 생성 스크린 상에서 취급될 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 또한 본 발명의 포토마스크를 사용하는 패턴 형성 방법에 있어서, 웨이퍼 상에 제1 배선 패턴을 형성하는 단계와, 포토마스크 스캐닝 방향이 동일한 방향으로 유지되는 상태에서 웨이퍼를 회전시키는 단계 그리고 웨이 퍼 상에 제1 배선 패턴에 실질적으로 직각인 제2 배선 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 마스크 배율이 길이 방향 및 폭 방향으로 동일한 포토마스크를 사용하여 패턴을 형성하는 통상의 패턴 형성 단계와, 마스크 배율이 길이 방향 및 폭 방향으로 상이한 포토마스크를 사용하여 패턴을 형성하는 고해상력의 패턴 형성 단계를 포함하는 패턴 형성 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 또한 홀 패턴이 그 패턴을 갖는 웨이퍼 상의 반복 패턴에 따라 형성될 때 스캔 및 노광이 반복 패턴의 길이 방향에 직각인 방향으로 수행되는 패턴 형성 방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 또한 본 발명에 따른 포토마스크를 사용하여 제조되는 반도체 소자에 의해 달성될 수 있다. 고밀도 및 고성능 반도체 소자가 그에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 또한 본 발명에 따른 노광 방법을 사용하여 제조되는 반도체 소자에 의해 달성될 수 있다. 고밀도 및 고성능 반도체 소자가 그에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명의 전술된 목적은 또한 본 발명에 따른 패턴 형성 방법을 사용하여 제조되는 반도체 소자에 의해 달성될 수 있다. 고밀도 및 고성능 반도체 소자가 그에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 상에 마이크로-패턴을 형성할 수 있고 양호한 제조 수율을 갖는 포토마스크가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 상에 마이크로-패턴을 형성할 수 있고 양호한 제조 수율을 갖는 포토마스크 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, X 및 Y 방향으로의 마스크 배율이 상이한 포토마스크를 사용하여 스텝-및-스캔 기술에 따라 고해상도의 패턴을 형성할 수 있는 노광 방법 및 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 그리고 장점은 첨부 도면과 연계하여 취해진 본 발명의 다음의 상세한 설명을 참조하면 더 명확해질 것이다.
본 발명의 양호한 실시예가 이제부터 첨부 도면을 참조하여 이후에서 상세하게 기술될 것이다.
도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 포토마스크의 구성을 도시하는 개략 평면도이다. 도2는 포토마스크의 국부 단면도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 포토마스크(10)는 기판(11), 기판(11) 상에 위치되는 샷 영역(12), 샷 영역(12) 내에 형성되는 마스크 패턴(13) 그리고 샷 영역(12)의 외부측 노광 영역(14) 내에 형성되는 마스크 배율 정보부(14x)를 포함한다. 본 발명의 포토마스크(10)에서, 도면에 도시된 바와 같이, 4개의 칩 패턴이 샷 영역(12) 내에 배치되며, 4개의 칩이 단일의 샷으로 노광된다.
기판(11)은 또한 마스크 블랭크(mask blank)로서 호칭되고 투명한 석영 기판 또는 유리 기판으로 구성된다. 도2에 도시된 바와 같이, 석영 기판의 표면에는 크롬(Cr) 또는 또 다른 차광 피막(13a)이 부분적으로 덮이며, 마스크 패턴(13)이 그 에 의해 형성된다. 마스크 패턴(13)은 네거티브 또는 포지티브 패턴(negative or positive pattern)일 수 있다.
본 실시예의 포토마스크(10)는 도1 및 도2에 도시된 통상의 이진 포토마스크(binary photomask)일 수 있고, OPC 보조 패턴(13b)이 도3에 도시된 마스크 패턴(13)의 주연 상에 형성되는 OPC 마스크(Optical Proximity effect Correction mask)일 수 있다. 포토마스크는 또한 도4a에 도시된 것과 같은 1/2 차광 피막(13c)을 사용하는 하프-톤(half-tone)["감쇠형(attenuated)"으로서 또한 호칭됨] 위상 반전 마스크(phase shift mask)일 수 있거나, 도4b에 도시된 것과 같은 박막(위상 반전기)(13d) 등을 사용하는 레벤슨(Levenson)["교번형(alternative)"으로서 또한 호칭됨] 위상 반전 마스크일 수 있다. 포토마스크는 또한 크롬(Cr)으로 구성되는 어떠한 차광 피막도 전혀 사용되지 않는 무크롬(chromeless) 위상 반전 마스크일 수 있다. 위의 마스크들의 조합이 또한 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 마스크 패턴(13)을 포함하는 전체의 샷 영역(12)은 화살표에 의해 표시된 스캐닝 방향(Y 방향)으로 길며, 샷 영역(12) 내에 형성된 마스크 패턴(13)의 X 및 Y 방향으로의 마스크 배율은 또한 도1에 도시된 바와 같이 상이하다. 도면에서의 마스크 패턴(13)의 마스크 배율은 예컨대 X 방향으로 4의 크기 그리고 Y 방향으로 8의 크기로 설정된다. 본 실시예에서, X 및 Y 방향으로의 마스크 배율이 상이한 그러한 포토마스크(이하, "바이어스-배율 포토마스크(biased-magnification photomask")를 사용하여 스텝-및-스캔 노광 기술이 수행될 때, 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 고해상도의 웨이퍼가 스캐닝 방향으로서 Y 방향을 사용하고 웨이퍼의 스캐닝 속도보다 8배 큰 속도로 Y 방향으로 포토마스크를 이동시킴으로써 전사될 수 있다.
우측 지면 영역(recto area)(14)은 위치 설정 마스크를 위한 형성 영역으로서 사용되고, 또한 마스크 배율 정보를 위한 기록 영역(14x)으로서 사용된다. 특히, 본 실시예에서, 마스크 배율 정보부(14x) 자체는 위치 설정 마스크로서 사용된다. 마스크 배율 정보부(14x)는 X 및 Y 방향으로의 포토마스크의 마스크 배율을 표시하는 정보이고, 예컨대 번호, 코드 또는 바코드를 사용하는 포맷으로 기록된다. 포토마스크의 마스크 배율은 통상적으로 X 및 Y 방향으로 동일하지만, X 및 Y 방향으로의 마스크 배율은 바이어스-배율 포토마스크에서 상이하다. 스캐너가 마스크 배율 정보부(14x)를 판독하며, 스캐닝 속도는 마스크 배율 정보부(14x)로부터 배율 바이어스를 계산함으로써 결정될 수 있다. 마스크 배율은 X 방향으로의 마스크 배율이 포토마스크가 사용되는 노광 장치의 렌즈 배율을 기초로 하여 특정 수치로 설정되기 때문에 Y 방향으로만 설정될 수 있다. 마스크 배율은 X 방향(스캐닝 방향에 직각인 방향)에 대한 Y 방향(스캐닝 방향)의 배율 바이어스이도록 설정되어 우측 지면 영역(14) 내에 기록될 수 있다. 이러한 경우에, 포토마스크(10)의 배율 바이어스는 "2"이다. X 및 Y 방향의 마스크 배율은 포토마스크(10)의 배율 바이어스에 대한 정보로서 취급될 수 있다.
도5a 및 도5b는 웨이퍼 상으로 축소 및 투영되는 실제 패턴과 대조되는 바이어스-배율 포토마스크(10) 상의 마스크 패턴(13)을 도시하는 개략 평면도이다. 도5a는 라인 및 스페이스의 반복 패턴을 도시하고 있으며, 도5b는 홀 패턴을 도시하 고 있다.
도5a에 도시된 바와 같이, 폭(W1)을 갖는 라인(15a) 및 스페이스(15b)의 반복 패턴이 웨이퍼 상에 실제 패턴으로서 형성되어야 할 때, 포토마스크 상의 라인(15a) 및 스페이스(15b)의 폭은 양쪽 모두 nW1로 설정된다. 이러한 경우에, "n"은 Y 방향으로의 마스크 배율이다. Y 방향으로의 마스크 배율(n)은 X 방향으로의 마스크 배율(m)을 초과하는 배율로 설정되며, X 방향으로의 마스크 배율(m)은 축소형 투영 광학 시스템(투영 렌즈)의 축소비와 동일하도록 즉 n>m>1이도록 설정된다. 그러므로, 예컨대 축소형 투영 광학 시스템의 축소비가 4의 크기이며 배율 바이어스가 X 및 Y 방향으로 n/m=2일 때, Y 방향으로의 마스크 배율은 n=8로 설정되며, 라인(15c) 및 스페이스(15d)는 바이어스-배율 포토마스크 상에서 "8W1"로 설정된다. 마스크 패턴의 스캐닝 방향은 화살표에 의해 표시된 바와 같이 라인 및 스페이스의 길이 방향 즉 라인 및 스페이스의 폭 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 설정된다.
도5b에 도시된 바와 같이, W2의 길이 및 폭을 갖는 홀 패턴(16a)이 웨이퍼 상에 실제 패턴으로서 형성되어야 할 때, 포토마스크 상의 홀 패턴(16b)의 길이는 mW2로 설정되며, 폭은 nW2로 설정된다. 이러한 경우에, "m"은 X 방향으로의 마스크 배율이며, "n"은 Y 방향으로의 마스크 배율이다. Y 방향으로의 마스크 배율(n)은 X 방향으로의 마스크 배율(m)을 초과하는 배율로 설정되며, X 방향으로의 마스크 배율(m)은 축소형 투영 광학 시스템(투영 렌즈)의 축소비와 동일하도록 즉 n>m>1이도록 설정된다. 그러므로, 축소형 투영 광학 시스템의 축소비가 4와 동일할 때, X 방향으로의 마스크 배율은 m=4로 설정된다. 배율 바이어스가 X 및 Y 방향으로 n/m=2로 설정될 때, Y 방향으로의 마스크 배율은 n=8로 설정되며, 바이어스-배율 포토마스크 상의 홀 패턴(16b)의 길이는 "4W2"로 설정되며, 폭은 "8W2"로 설정된다. 마스크 패턴의 스캐닝 방향은 화살표에 의해 표시된 바와 같이 홀 패턴의 폭 방향 즉 홀 패턴의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향으로 설정된다. 그러나, 홀 패턴의 길이 및 폭이 W2일 때, 방향들 중 어느 하나가 폭 방향이도록 설정될 수 있다.
도6a, 도6b, 도7a 및 도7b는 바이어스-배율 포토마스크의 효과를 설명하는 개략도이다. 도6a는 X 및 Y 방향으로의 마스크 배율이 동일한 통상의 포토마스크(도18a 및 도18b)를 사용하여 형성되는 웨이퍼 상의 패턴 형상을 도시하고 있다. 도6b는 본 실시예의 바이어스-배율 포토마스크를 사용하여 형성되는 웨이퍼 상의 패턴 형상을 도시하고 있다. 도7a는 통상의 포토마스크를 통과한 광의 세기 분포를 도시하고 있으며, 도7b는 바이어스-배율 포토마스크를 통과한 광의 세기 분포를 도시하고 있다.
도6a에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴이 통상의 노광 방법 그리고 마스크 배율이 (m×m)인 종래의 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상으로 전사될 때, 실제 패턴(17)의 X 방향을 따른 에지에서의 불균일성이 증가한다. 대조적으로, (m×n)의 마스크 배율을 갖는 배율 바이어스 포토마스크가 스캐닝 속도의 n배의 속도로 이동되며 마스크 패턴이 전사될 때, 도6b에 도시된 바와 같이, 실제 패턴(17)의 에지에서의 불균일성이 종래의 포토마스크에 비해 감소될 수 있으며, 고해상도의 패턴이 형성될 수 있다.
도7a에 도시된 바와 같이, 패턴이 통상의 노광 방법 그리고 마스크 배율이 (m×m)인 통상의 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상으로 전사될 때, 마스크 패턴(13)을 통과한 광의 세기 패턴(L1)의 상승 및 하강 부분은 약간 완만하게 경사진다. 대조적으로, (m×n)의 마스크 배율을 갖는 바이어스-배율 포토마스크가 마스크 패턴을 전사하기 위해 웨이퍼의 스캐닝 속도의 n배의 속도로 이동될 때, 고해상도의 패턴이 형성될 수 있는데 이것은 마스크 패턴(13)을 통과한 광의 세기 패턴(L2)의 상승 및 하강 부분이 도7b에 도시된 바와 같이 예리하게 하락하기 때문이다. 이러한 현상은 마스크 패턴의 치수가 광의 파장에 가까워짐에 따라 특히 더 극적이게 된다.
그러므로, 이러한 워드 라인(word line) 및 데이터 라인(data line) 등의 라인 및 스페이스의 반복 패턴이 좁은 피치로써 형성될 때, 라인 패턴의 모서리에서의 불균일성이 스캔 방향으로서 패턴의 긴 방향에 직각인 방향을 설정함으로써 그리고 축소된 투영 배율에 의해 결정된 폭보다 크도록 라인 및 스페이스의 폭을 설정함으로써 감소될 수 있다. 바꿔 말하면, 이러한 방식으로 마이크로 배선 패턴을 형성함으로써, 스캔 방향과 교차하는 패턴의 모서리에서의 불균일성이 감소될 수 있으며 더 높은 해상도의 패턴이 스캔 방향 및 평행 패턴과 관련하여 동일한 종래 기술의 가공 정밀도를 보증하면서 형성될 수 있다.
바이어스-배율 포토마스크의 마스크 패턴은 전술된 홀 또는 라인 및 스페이스에 제한되지 않으며, 다양한 형상이 고려될 수 있다. 패턴은 도8a에 도시된 직사각형 형상(주상), 도8b에 도시된 실질적으로 링형의 패턴 또는 도8c에 도시된 U자형 패턴일 수 있다. 또한, 마스크 패턴의 길이 방향은 반드시 스캔 방향에 직각인 방향으로 배향될 것이 요구되지는 않으며, 길이 방향은 바람직하게는 도9에 도시된 바와 같이 스캔 방향(Y 방향)보다 스캔 방향에 직각인 방향(X 방향)에 가깝다. 웨이퍼 상에 형성된 패턴의 해상력은 배향이 직각인 경우의 정도까지는 아니더라도 이러한 배향으로써 충분히 증가될 수 있다.
도10은 바이어스-배율 포토마스크의 제조 순서를 보여주는 흐름도이다. 도11a 및 도11b는 포토마스크 작도 스크린을 도시하는 개략도이다. 도11a는 변환 전의 배율을 도시하고 있으며, 도11b는 변환 후의 배율을 도시하고 있다.
도10에 도시된 바와 같이, 바이어스-배율 포토마스크의 제조에서의 제1 단계가 웨이퍼 상에 실제로 형성되는 패턴인 실제 패턴을 설계하는 것이다(S101). 패턴-설계 CAD가 실제 패턴의 도면을 제작하기 위해 사용되며, 마스터 패턴의 작도는 CAD의 사용에 의해 지원된다. 이러한 경우에, 실제 패턴을 생성시키는 초기의 격자는 실제 패턴(17x)의 X 및 Y 방향의 양쪽 모두의 방향으로 동일한 축척으로 설정된다.
보조 패턴이 후속적으로 실제 패턴을 기초로 하여 발생된다(S102). 보조 패턴의 예는 OPC 마스크를 형성하는 OPC 패턴, 위상 반전 마스크를 형성하는 반전 패 턴 등을 포함한다. 실제 데이터 및 보조 데이터로 구성되는 조합 패턴이 그 후 생성된다(S103).
다음에, 조합 패턴의 X 및 Y 방향으로의 마스크 배율이 설정된다(S104). 통상의 포토마스크가 제조되어야 할 때, X 및 Y 방향으로의 마스크 배율은 전술된 바와 같이 동일하도록(즉, m×m이도록) 설정된다. 그러나, 바이어스-배율 포토마스크가 제조되어야 할 때, X 방향 또는 Y 방향의 마스크 배율은 잔여 방향의 마스크 배율보다 크도록 설정된다. 더 높은 배율로 X 방향 또는 Y 방향을 설정하는 것은 마스터 패턴의 형상에 따라 결정된다. 다수개의 라인 및 스페이스의 반복 패턴이 조합 패턴 내에 존재할 때, 패턴의 길이 방향에 실질적으로 직각인 방향은 바람직하게는 더 높은 배율이도록 설정된다. 라인 패턴의 모서리에서의 불균일성이 그에 의해 감소될 수 있으며, 고해상도의 패턴이 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 원하는 치수 보정은 바람직하게는 포토마스크를 제조하는 포토마스크 작도 기계가 설치되어야 하거나 포토 마스크 제조 동안의 사용을 위한 치수 보정(치수 바이어스)이 설정되어야 할 때 마스크 배율이 설정된 후 설정된다(S104).
다음에, 조합 패턴의 X 및 Y 방향으로의 치수는 이와 같이 설정된 X 및 Y 방향으로의 마스크 배율을 기초로 하여 변환된다(S105). 바이어스된 패턴으로도, 도11b에 도시된 바와 같이, 길이 방향 및 폭 방향으로 동일한 마스크 배율을 갖는 패턴(17y)이 스크린 상에 표시되며, 치수를 표시하는 축척만이 변환 및 표시된다. 그러므로, 패턴 설계자는 바이어스-배율 패턴의 형상에 대한 고려 없이 유사한 패턴으로서 스크린 상의 실제 패턴을 취급할 수 있다. 본 실시예의 바이어스-배율 포토마스크는 포토마스크 상에 이러한 방식으로 생성되는 조합 패턴을 실제로 형성함으로써 완성된다(S106).
다음에, 바이어스-배율 포토마스크가 사용되는 웨이퍼를 노광하는 방법이 기술될 것이다.
도12는 바이어스-배율 포토마스크(10)가 사용될 수 있는 스캐너(20)의 구성을 도시하는 개략 사시도이다.
도12에 도시된 바와 같이, 스캐너(20)는 광원(21), 렌즈(22a, 22b), 렌즈(22a, 22b)들 사이에 배치되는 포토마스크 블라인드(23), 렌즈(22b)를 통과한 광의 이동 방향을 변화시키는 미러(24), 집광 렌즈(25) 및 투영 렌즈(27)를 포함한다. 스캐너(20)의 조사 시스템은 광원(21), 렌즈(22a, 22b), 포토마스크 블라인드(23), 미러(24) 및 집광 렌즈(25)로 구성된다. 스캐너(20)의 축소형 투영 광학 시스템은 투영 렌즈(27)로 구성된다. 스캐너(20)는 작도된 마스크 패턴을 갖는 포토마스크(18)가 장착되는 포토마스크 스테이지(26), 리지스트 또는 또 다른 감광성 재료가 도포되는 웨이퍼(19)가 장착되는 웨이퍼 스테이지(28), 포토마스크의 표면을 촬상할 수 있는 촬상 소자(29) 그리고 부품을 제어하는 제어기(30)를 추가로 포함한다.
광원(21)을 위해 사용될 수 있는 광원은 g-, h- 또는 i-라인 레이저; KrF 엑시머 레이저, ArF 엑시머 레이저, F2 엑시머 레이저, EUV 및 X 레이 또는 다른 에너지 광선을 포함한다. 포토마스크(18)는 포토마스크 스테이지(26)를 사용함으로써 Y 방향으로 이동될 수 있으며, Y 방향으로의 이동 속도(V2) 및 위치는 제어기(30)에 의해 제어된다. 웨이퍼(19)는 웨이퍼 스테이지(28)를 사용함으로써 X 및 Y 방향으로 이동될 수 있으며, Y 방향으로의 이동 속도(V1) 그리고 X 및 Y 방향으로의 위치는 제어기(30)에 의해 제어된다. 웨이퍼 스테이지(28)는 웨이퍼 회전 기구를 가지며, 웨이퍼(19)의 배향은 360˚만큼 회전될 수 있다. 포토마스크 스테이지(26) 및 웨이퍼 스테이지(28)는 제어기(30)에 의해 동기화 및 제어된다. 포토마스크 상의 전체의 마스크 패턴은 웨이퍼(19) 및 포토마스크(18)가 반대 방향으로 상호 동기화 및 이동되는 상태에서 축소 및 투영된다.
포토마스크 블라인드(23)에는 렌즈(22a)를 통해 광원(21)으로부터 방출되는 광이 조사된다. 포토마스크 블라인드(23)는 도면에 도시된 바와 같이 X 방향으로 연장하는 슬릿(23a)을 갖고 그에 의해 슬릿형 조사 영역(31)을 얻는다. 포토마스크 블라인드(23)에 의해 제한되는 광은 렌즈(22b), 미러(24) 및 집광 렌즈(25)를 통해 포토마스크(18)로 유도된다. 포토마스크(18)를 통과한 광이 투영 렌즈(27)에 의해 투과되고 웨이퍼(19)로 유도된다.
이러한 방식으로, 슬릿형 조사 영역은 화살표(P1)에 의해 표시된 스캔 방향에 대향인 방향으로 규정된 속도(V1)로 웨이퍼(19)를 이동시킴으로써 웨이퍼 상의 전체의 규정된 노광 영역을 스캔 및 노광하기 위해 V1의 스캐닝 속도로 스캔 방향으로 이동되며, 한편 웨이퍼(19)는 포토마스크(18)를 통과한 슬릿형 광에 의해 조사된다. 반면에, 슬릿형 조사 영역은 포토마스크(18) 상의 전체의 마스크 패턴을 스 캔하며, 전체의 마스크 패턴은 화살표(P2)에 의해 표시된 바와 같은 웨이퍼(19)의 이동 방향(즉, 스캔 방향)의 대향 방향으로 규정된 속도(V2)로 포토마스크(18)를 이동시킴으로써 웨이퍼(19) 상의 규정된 노광 영역 내에 축소 및 투영된다.
이러한 경우에, 투영 렌즈(27)의 축소된 투영 비율(m)을 기초로 하여 설정된 m×m(m>1)의 마스크 배율을 갖는 통상의 포토마스크로써, 마스크 배율에 대응하는 원하는 패턴이 웨이퍼의 이동 속도(V1)의 m 배로 포토마스크의 이동 속도(V2)를 설정함(즉, V2=m×V1)으로써 형성될 수 있다. 대조적으로, m×n(n>m>1)의 마스크 배율을 갖는 바이어스-배율 포토마스크로써, 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 패턴이 웨이퍼의 이동 속도(V1)의 n배로 포토마스크의 이동 속도(V2)를 설정함(즉, V2=n×V1)으로써 통상의 포토마스크와 동일한 방식으로 웨이퍼 상에 형성될 수 있다. 또한, 고해상도의 패턴이 통상의 포토마스크에 비해 X 방향을 따른 패턴의 모서리에서의 불균일성 없이 형성될 수 있다.
다음에, 스캐너(20)를 사용하여 전술된 웨이퍼를 스캔 및 노광하는 순서가 도13을 참조하여 기술된다.
웨이퍼(19)가 전술된 스캐너(20)를 사용하여 스캔 및 노광될 때, 포토마스크(18)가 우선 포토마스크 스테이지(26) 상에 장착된다(S201). 바이어스-배율 포토마스크가 장착되는 특정한 경우에, 패턴의 길이 방향은 스캔 방향으로 배향되도록 설정된다. 포토마스크(18)의 우측 지면 영역은 후속적으로 촬상 소자(29)에 의 해 판독되며, 포토마스크(18) 및 웨이퍼(19)는 우측 지면 영역을 기준으로 하여 서로에 대해 위치되며, 포토마스크(18)의 마스크 배율 정보부가 판독된다(S202).
포토마스크(18) 및 웨이퍼(19)를 위치시키는 단계는 또한 스캔 방향에 대한 웨이퍼(19)의 배향을 조정하는 단계를 포함한다(S203). 통상의 포토마스크의 경우에, 마스크 패턴의 배향은 마스크 패턴이 동일한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖기 때문에 포토마스크(18) 상에서의 마스크 패턴의 배향에서의 제한 없이 웨이퍼의 배향에 따라 자유롭게 결정될 수 있다. 마스크 배율이 X 및 Y 방향으로 상이한 바이어스-배율 포토마스크의 경우에, 패턴의 길이 방향은 스캔 방향에 맞춰져야 한다. 그러므로, 마스크 패턴의 배향은 스캔 방향에 의해 제한되며, 스캐너(20) 상에 장착된 포토마스크(18)의 배향은 자연히 결정된다. 이러한 이유 때문에, 포토마스크(19)의 배향은 요구에 따라 규정된 양만큼 웨이퍼 스테이지(28)를 회전시킴으로써 포토마스크(18)의 배향에 맞춰진다.
다음에, 포토마스크(18)의 이동 속도(V2)가 마스크 배율 정보를 기초로 하여 결정된다(S204). 포토마스크의 이동 속도는 스캔 방향(Y 방향)의 마스크 배율 그리고 웨이퍼(19)의 이동 속도(V1)를 기초로 하여 결정된다. 투영 렌즈(27)의 축소된 투영 배율(m)을 기초로 하여 설정된 예컨대 m×m(m>1)의 마스크 배율을 갖는 통상의 포토마스크와 관련하여, 포토마스크의 이동 속도(V2)는 웨이퍼의 이동 속도(V1)의 m배로(즉, V2=m×V1로) 설정된다. 그러므로, 마스크 배율에 대응하는 원하는 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
대조적으로, m×n(n>m>1)의 마스크 배율을 갖는 바이어스-배율 포토마스크와 관련하여, 포토마스크의 이동 속도(V2)는 웨이퍼의 이동 속도(V1)의 n배로(즉, V2=n×V1로) 설정된다. 예컨대 4×8의 마스크 배율을 갖는 바이어스-배율 포토마스크의 경우에, 포토마스크의 이동 속도는 스캐닝 속도의 8배로 설정된다. 또한, 예컨대 4×16의 마스크 배율을 갖는 바이어스-배율 포토마스크의 경우에, 포토마스크의 이동 속도는 스캐닝 속도의 16배로 설정된다. 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 패턴이 그에 의해 통상의 포토마스크와 동일한 방식으로 웨이퍼(19) 상에 형성될 수 있다. 또한, 고해상도의 패턴이 통상의 포토마스크에 비해 X 방향을 따른 패턴의 모서리에서의 불균일성 없이 형성될 수 있다.
다음에, 웨이퍼(19)가 스캔 및 노광된다(S205). 스캔 노광에서, 웨이퍼(19) 상의 슬릿형 조사 영역은 슬릿형 발광 플럭스로써 포토마스크(18)를 조사하면서 상호 대향 방향으로 포토마스크 스테이지(26) 및 웨이퍼 스테이지(28)를 이동시킴으로써 규정된 스캐닝 속도로 Y 방향으로 이동된다. 이러한 방식으로, 포토마스크(18) 상의 전체의 패턴은 전체의 포토마스크(18)를 스캔함으로써 웨이퍼(19) 상으로 전사된다. 이러한 경우에, 포토마스크(18)가 Y 방향으로 m×V1의 속도로 이동되는 통상의 방식으로 통상의 마스크가 스캔 및 노광되며, 바이어스-배율 포토마스크가 Y 방향으로 n×V1의 속도로 스캔된다. 이와 같이, 포토마스크가 그 마스크 배율에 따른 규정된 속도로 스캔될 때, 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 고해상도의 패턴이 웨이퍼 상에 형성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 포토마스크는 X 방향으로의 마스크 배율이 m(m>1)이며 Y 방향으로의 마스크 배율이 n(n>m>1)인 바이어스-배율 포토마스크를 사용하여 Y 방향이 스캔 방향으로서 사용되는 상태에서 웨이퍼의 스캐닝 속도의 n배의 속도로 이동된다. 그러므로, 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 패턴이 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 통상의 포토마스크보다 높은 해상도를 갖는 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 바이어스-배율 포토마스크는 다양한 스캔 및 노광 시스템에 추가로 적용될 수 있다.
도14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
침지 노광 방법(immersion exposure method)은 노광 장치(32)에서 채택되며, 노광 장치(32)는 도14에 도시된 바와 같이 투영 렌즈(27)와 웨이퍼 스테이지(28) 상에 장착되는 웨이퍼(19) 사이에서 순수를 급송하는 순수 공급 유닛(34) 그리고 순수를 회수하는 순수 회수 유닛(33)을 포함한다. 예각으로 투영 렌즈(27)를 통과하려는 빔은 공기와의 경계 표면에서 반사된다. 그러므로, 해상력은 증가하지 않지만, 물이 추가될 때, 빔은 물의 경계 표면에서 굴절되며, 초점에 도달될 수 있으며, 초점 깊이는 개선될 수 있다. 침지 노광 방법에 따르면, 193 ㎚의 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저가 빔 광원으로서 사용되더라도 134 ㎚의 동등한 파장(λ/n)이 성취될 수 있기 때문에 45 ㎚의 회로 라인 폭에 대한 매우 미세한 가공이 가능해진다.
본 발명의 바이어스-배율 포토마스크는 스텝-및-스캔 기술을 사용함으로써 웨이퍼(19)를 이동시켜 노광하는 스캔 노광 방법이 노광 장치(32)에서 채택되기 때문에 사용될 수 있다. 바꿔 말하면, 고해상도의 패턴이 포토마스크의 배율 바이어스에 따른 규정된 속도 그리고 웨이퍼의 스캐닝 속도로 바이어스-배율 포토마스크를 이동시키면서 웨이퍼(19)를 스캔 및 노광함으로써 전술된 스캐너(20)와 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 특히, 침지 노광 방법이 채택되기 때문에 스캐너(20)와 비해 더 높은 해상력을 갖는 패턴이 얻어질 수 있다.
도15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도15에 도시된 바와 같이, 변형된 조사[비축 조사(off-axis illumination)] 방법이 노광 장치(36)에서 채택되며, 노광 장치는 비축 조사를 실시하는 비축 조사부(37)를 위한 개구를 특징으로 포함한다. 비축 조사를 위한 개구는 조사 광학 시스템의 푸리에 변환 평면(Fourier transform plane) 내에 배치된다. 광원으로부터 방출된 빔이 비축 조사부(37)를 위한 개구 내의 투과 창(37a)을 통과하고 집광 렌즈(25) 내로 진입한다. 바꿔 말하면, 노광이 비축 조사를 사용하여 수행되는 경우에서의 조사의 위치는 광학 시스템의 광축으로부터 오프셋된다. 이와 같이, 비축 조사로써, 0차 빔 및 ±1차 빔이 도16에 도시된 바와 같이 광학 시스템의 광축의 중심으로부터 오프셋된 상태에서 이동한다. 그러므로, 광축의 중심으로부터 멀리 떨어진 빔(이러한 경우에, +1차 빔)이 사용되지 않으며, 광축에 가까운 2개의 성분(0차 및 -1차 빔)만이 사용된다. 컴팩트 패턴의 DOF 초점 깊이는 그에 의해 증 가되며, 작도가 수행될 수 있는 조건의 범위는 넓혀진다.
변형된 조사 방법을 사용하는 노광 장치(36)는 또한 웨이퍼(19)가 스텝-및-스캔 기술을 사용하여 이동 및 노광되는 스캔 노광 기술을 채택할 수 있고, 그에 의해 본 발명의 바이어스-배율 포토마스크가 사용되게 한다. 바꿔 말하면, 고해상도의 패턴이 포토마스크의 배율 바이어스에 따른 규정된 속도 그리고 웨이퍼의 스캐닝 속도로 바이어스-배율 포토마스크를 이동시키면서 웨이퍼(19)를 스캔 및 노광함으로써 전술된 스캐너(20)와 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 특히, 변형된 조사 방법이 채택되기 때문에 전술된 스캐너(20)와 비해 더 높은 해상력을 갖는 패턴이 얻어질 수 있다. 전술된 변형된 조사 방법 및 침지 노광 방법이 조합되면 더 높은 해상력을 갖는 패턴이 얻어질 수 있다.
다음에, 바이어스-배율 포토마스크를 사용하는 이중 노광 방법(double exposure method)이 설명될 것이다. 고해상도의 밀집한 홀 패턴 또는 고해상도의 밀집한 랜드 패턴이 형성되는 경우에, 이중 노광 방법이 효과적이다.
도17a 내지 도17f는 이중 노광 방법을 설명하는 개략 평면도이다.
예컨대, 네거티브 리지스트 공정에서 도17a에 도시된 바와 같은 밀집한 홀 패턴(60)을 형성할 때, 포토 리지스트(62)가 코팅되는 웨이퍼(61)가 우선 준비되며(도17b), 제1 라인 패턴(63)의 잠상이 본 실시예의 이중 노광 방법에 의해 웨이퍼(61) 상에 형성된다(도17c). 이러한 경우에, 제1 라인 패턴(63)에 대응하는 마스크 패턴을 포함하는 바이어스-배율 포토마스크(64)가 준비되며(도17d), 웨이퍼(61)의 스캔 노광이 바이어스-배율 포토마스크(64)를 사용함으로써 수행된다. 바이어스-배율 포토마스크(64)의 마스크 패턴은 제1 라인 패턴에 대응하는 개구 영역(65a) 그리고 개구 영역(65a)을 제외한 차광 영역(65b)을 포함하며, 개구 영역(65a)의 폭은 규정된 배율 바이어스에서 스캐닝 방향으로 길다. 도17c에 도시된 바와 같이, 제1 라인 패턴(63)의 잠상은 이러한 바이어스-배율 포토마스크(64)를 사용함으로써 웨이퍼(61)를 스캔 및 노광함으로써 웨이퍼(61) 상에 형성된다.
다음에, 웨이퍼(61)는 90˚만큼 회전되며(도17e), 그 후 제1 라인 패턴(63)의 잠상에 직각인 제2 라인 패턴(66)의 잠상이 웨이퍼(61) 상에 형성된다(도17f). 이러한 경우에, 제2 라인 패턴(66)에 대응하는 마스크 패턴을 포함하는 바이어스-배율 포토마스크(67)가 준비되며(도17g), 웨이퍼의 스캔 노광이 바이어스-배율 포토마스크(67)를 사용하여 수행된다. 그러므로, 도17f에 도시된 바와 같이, 제2 라인 패턴(66)의 잠상은 웨이퍼(61) 상에 형성된다. 나아가, 웨이퍼(61)는 현상되며 노광 영역을 제외한 리지스트(62)는 제거된다. 밀집한 홀 패턴(60)은 이와 같이 도17a에 도시된 바와 같이 얻어진다.
통상의 포토마스크를 사용하는 경우에, 패턴이 미세해짐에 따라 포토마스크의 공정 정확도의 변화가 증가한다. 그러나, 바이어스-배율 포토마스크를 사용하는 경우에, 마스크의 치수 정확도는 하나의 방향으로 더 높을 수 있으므로, 이중 노광 방법에서 효과적이다. 이중 노광 방법은 전술된 바와 같이 홀 패턴을 형성하는 것에 제한되지 않고, 다양한 패턴에 적용될 수 있다.
해상력 한계에 가까운 조건에서, 라인 폭 및 스페이스 폭은 일대일의 비율로 형성된다. 그러나, 전술된 바이어스-배율 포토마스크에서, 라인 폭(개구 영역의 폭)은 스페이스 폭(차광 영역의 폭)보다 좁다. 이것은 다음의 제어 방법에 의해 조정된다.
도18a 및 도18b는 포토마스크 상에 형성된 마스크 패턴의 폭을 조정하는 방법을 도시하는 개략 단면도이다.
마스크 패턴의 폭을 넓힐 때, 도18a에 도시된 바와 같이, 해상력 한계에 가까운 소정의 폭을 갖는 리지스트 패턴(74)이 마스크 재료(73)의 표면 상에 형성되며, 그 후 마스크 재료(73)는 리지스트 패턴(74)을 사용함으로써 패터닝된다. 그러므로, 소정의 라인 폭을 갖는 마스크 패턴(73a)이 형성된다. 다음에, 측벽(73b)이 마스크 패턴(73a) 상에 동일한 재료로 구성된 얇은 마스크 피막을 형성하고 피막을 에치백함(etching back)으로써 형성된다. 따라서, 라인 패턴의 폭은 넓혀질 수 있다.
마스크 패턴의 폭을 좁힐 때, 도18b에 도시된 바와 같이, 해상도 한계에 가까운 소정의 폭을 갖는 리지스트 패턴(74)이 마스크 재료(73)의 표면 상에 형성되며, 그 후 O2 플라즈마 처리로의 트리밍 공정이 수행된다. 그러므로, 리지스트 패턴(74)의 폭은 좁혀진다. 다음에, 초기의 리지스트 패턴(74)의 라인 폭보다 좁은 마스크 패턴(73c)이 리지스트 패턴(74)을 사용하고 마스크 재료(73)를 패터닝함으로써 형성된다. 따라서, 라인 패턴의 폭은 좁혀질 수 있다.
본 발명은 이와 같이 특정한 실시예를 참조하여 예시 및 기술되었다. 그러나, 본 발명은 설명된 배열의 세부 사항에 결코 제한되지 않으며 변화 및 변형이 첨부된 특허청구범위의 범주로부터 벗어나지 않고도 수행될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
예컨대, 전술된 실시예에서, 스캐너(20)의 축소형 투영 광학 시스템은 도12에 도시된 바와 같이 투영 렌즈(27)로 구성되지만, 본 발명은 이러한 구성에 제한되지 않으며, 그 구성은 또한 미러 및 다른 반사 광학 시스템만이 사용되는 구성일 수 있다.
또한, 전술된 실시예에서, Y 방향으로의 마스크 배율은 X 방향으로의 마스크 배율을 초과하는 배율로 설정되지만, X 및 Y 방향은 설명의 편의상 설정되며, X 방향으로의 마스크 배율이 더 높은 배율을 갖도록 설정될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 스캐닝 방향이 X 방향으로 설정되어야 한다는 것은 명확하다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 상에 마이크로-패턴을 형성할 수 있고 또한 양호한 제조 수율을 갖는 포토마스크가 제공된다. 또한, 이러한 포토마스크를 용이하게 제조하는 방법이 제공된다. 또한, 이러한 포토마스크가 사용되는 스텝-및-스캔 노광 기술을 기초로 하여 매우 미세한 패턴을 형성하는 개선된 노광 방법 및 장치가 제공된다. 또한, 웨이퍼 상에 매우 작은 패턴을 형성할 수 있는 패턴 형성 방법이 제공된다. 또한, 고집적 및 고성능 반도체 소자가 제공된다.

Claims (31)

  1. 스캐닝 노광 장치에서 사용되는 포토마스크이며,
    규정된 배율 바이어스로 스캐닝 방향으로 길게 되어 있는 마스크 패턴
    을 포함하는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서, 마스크 패턴의 길이 방향은 스캐닝 방향보다 스캐닝 방향에 직각인 방향에 가까운 포토마스크.
  3. 제1항에 있어서, 마스크 패턴은 규정된 피치로써 주기적으로 배열되는 반복 패턴을 갖는 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서, 반복 패턴은 라인 및 스페이스; 밀집한 홀; 밀집한 주상 패턴; 링 패턴; 및 U자형 패턴 중 임의의 패턴을 포함하는 포토마스크.
  5. 제1항에 있어서, 배율 바이어스는 1배를 초과하여 설정되는 포토마스크.
  6. 제1항에 있어서, 외부측 노광 영역 내에 기록되는 배율 바이어스에 대한 정보를 추가로 포함하는 포토마스크.
  7. 제1항에 있어서, 통상의 이진 포토마스크를 포함하는 포토마스크.
  8. 제1항에 있어서, 감쇠형, 교번형 또는 무크롬형 위상 시프트 마스크를 포함하는 포토마스크.
  9. 규정된 배율 바이어스로 스캐닝 방향으로 길게 되어 있는 마스크 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 웨이퍼를 스텝-및-스캔 기술에 의해 노광하는 노광 방법.
  10. 제9항에 있어서, 웨이퍼의 이동 속도 및 배율 바이어스를 기초로 하여 포토마스크의 이동 속도를 결정하는 포토마스크 이동 속도 결정 단계와;
    슬릿형 빔으로써 웨이퍼를 조사하면서 규정된 스캐닝 속도로 웨이퍼를 이동시키고, 웨이퍼와 동기시키면서 포토마스크의 이동 속도로 포토마스크를 이동시킴으로써 포토마스크를 노광하는 스캔 노광 단계를 포함하는 노광 방법.
  11. 제10항에 있어서, 포토마스크 이동 속도 결정 단계는 웨이퍼의 이동 속도의 n배로 포토마스크 이동 속도를 설정하는 단계를 포함하며, 여기에서 n(n>1)은 스캐닝 방향으로의 마스크 배율이며, m(n>m>1)은 스캐닝 방향에 직각인 방향으로의 마스크 배율인 노광 방법.
  12. 제10항에 있어서, 스캐닝 속도 결정 단계 전에, 포토마스크 상에 기록되는 배율 바이어스에 대한 정보를 판독하는 배율 바이어스 정보 판독 단계를 추가로 포함하는 노광 방법.
  13. 제10항에 있어서, 스캔 노광 단계 전에, 배율 바이어스에 대한 정보를 기초로 하여 웨이퍼의 배향을 조정하는 웨이퍼 방향 조정 단계를 추가로 포함하는 노광 방법.
  14. 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 방법이며,
    규정된 배율 바이어스로 스캐닝 방향으로 길게 되어 있는 마스크 패턴을 갖는 제1 포토마스크를 사용함으로써 웨이퍼 상에 복수의 제1 라인 패턴의 잠상을 형성하고 웨이퍼를 스캔 및 노광하는 단계와;
    규정된 배율 바이어스로 스캐닝 방향으로 길게 되어 있는 마스크 패턴을 갖는 제2 포토마스크를 사용함으로써 웨이퍼 상에 제1 라인 패턴에 직각인 복수의 제2 라인 패턴의 잠상을 형성하는 단계와;
    웨이퍼를 현상함으로써 밀집한 홀 패턴 또는 밀집한 랜드 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 웨이퍼 상에 형성되는 밀집한 홀 패턴 또는 밀집한 랜드 패턴의 폭을 넓히는 단계를 추가로 포함하는 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 방법.
  16. 규정된 배율 바이어스로 스캐닝 방향으로 길게 되어 있는 마스크 패턴을 갖는 포토마스크를 사용함으로써 스텝-및-스캔 기술에 따라 웨이퍼를 노광하는 노광 장치이며,
    포토마스크 상에 슬릿형 빔을 조사하는 조사 시스템과;
    포토마스크를 통과한 빔을 웨이퍼 상에 축소 및 투영하는 축소형 투영 노광 장치와;
    포토마스크의 마스크 배율 중 하나에 따른 규정된 스캐닝 속도로 웨이퍼를 스캔 및 노광하는 스캔 노광 수단
    을 포함하는 노광 장치.
  17. 제16항에 있어서, 스캔 노광 수단은 포토마스크가 장착되는 포토마스크 스테이지, 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 스테이지 그리고 서로와 동기 상태에서 반대 방향으로 포토마스크 스테이지 및 웨이퍼 스테이지를 이동시키는 스캔 제어 수단을 포함하는 노광 장치.
  18. 제17항에 있어서, 스캔 노광 수단은 웨이퍼 스테이지의 이동 속도로 포토마스크 스테이지의 이동 속도를 설정하며, 여기에서 n(n>1)은 스캐닝 방향으로의 마스크 배율이며, m(n>m>1)은 스캐닝 방향에 직각인 방향으로의 마스크 배율인 노광 장치.
  19. 제16항에 있어서, 포토마스크 상에 기록되는 배율 바이어스에 대한 정보를 판독하는 배율 바이어스 정보 판독 수단과;
    배율 바이어스에 대한 정보 그리고 웨이퍼의 이동 속도를 기초로 하여 포토마스크 스테이지의 이동 속도를 결정하는 스캐닝 속도 결정 수단을 추가로 포함하는 노광 장치.
  20. 제19항에 있어서, 웨이퍼 스테이지는 웨이퍼 회전 수단을 추가로 포함하며, 웨이퍼 회전 수단은 배율 바이어스에 대한 정보를 기초로 하여 웨이퍼의 배향을 조정하는 노광 장치.
  21. 제16항에 있어서, 웨이퍼가 침지 노광 방법에 의해 노광되는 노광 장치.
  22. 제16항에 있어서, 웨이퍼가 변형 조명 방법에 의해 노광되는 노광 장치.
  23. 웨이퍼 상에 투영되는 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 갖는 실제 패턴의 도면의 제작을 지원하는 실제 패턴 생성 지원 단계와;
    실제 패턴을 기초로 하여 보조 패턴을 발생시키는 보조 패턴 발생 단계와;
    실제 패턴 및 보조 패턴의 조합 패턴을 발생시키는 조합 패턴 발생 단계와;
    규정된 마스크 배율 바이어스를 사용하여 조합 패턴의 길이 방향 및 폭 방향 으로의 치수를 변환시키는 변환 단계
    를 포함하는 포토마스크 패턴 생성 방법.
  24. 제23항에 있어서, 실제 패턴 생성 지원 단계는 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 사용하여 실제 패턴 및 그 치수 표시 축척을 표시하는 단계를 포함하며, 변환 단계는 동등한 길이 방향 및 폭 방향 비율을 사용하여 조합 패턴을 표시하는 단계 그리고 그 치수 표시 축척이 확대된 후의 치수를 표시하는 단계를 포함하는 포토마스크 패턴 생성 방법.
  25. 규정된 배율 바이어스로 스캐닝 방향으로 길게 되어 있는 마스크 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하는 패턴 형성 방법이며,
    웨이퍼 상에 제1 배선 패턴을 형성하는 단계와;
    포토마스크 스캐닝 방향이 동일한 방향으로 유지되는 상태에서 웨이퍼를 회전시키는 단계 그리고 웨이퍼 상에 제1 배선 패턴에 실질적으로 직각인 제2 배선 패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 패턴 형성 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 포토마스크를 사용하여 제조되는 반도체 소자.
  29. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 노광 방법을 사용하여 제조되는 반도체 소자.
  30. 제14항 또는 제15항에 따른 패턴을 형성하는 방법을 사용하여 제조되는 반도체 소자.
  31. 제25항에 따른 패턴 형성 방법을 사용하여 제조되는 반도체 소자.
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