KR100885656B1 - 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치 및 방법 - Google Patents

다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 레이저소스; 상기 레이저소스로부터의 출사광을 콜리메이팅된 상태의 평행광으로 입사하여 반사시키는 회절격자; 및 상기 회절격자로부터의 반사광을 상기 기판쪽으로 투과하고 나머지의 광은 상기 회절격자쪽으로 반사시키는 미러를 포함하며, 상기 회절격자와 미러에서 반사 및 투과를 반복하는 광은 매번 투과율(T)만큼의 광이 상기 미러를 투과하여 상기 포토레지스터에 조사되며 이 광들이 다중 간섭현상을 일으키며, 이때 다중 간섭신호의 주기를 변경하여 상기 기판 상에 노광된 노광부위의 위치를 변경시킴으로써 변경된 주기의 갯수 만큼의 패턴형성이 가능한 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 다중 간섭현상을 이용하여 다양한 모양의 패턴의 형성이 가능하며 2회 이상의 패턴형성 시에 얼라인이 가능한 효과를 제공한다.
다중간섭, 패턴, 노광

Description

다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치 및 방법{Apparatus and method for forming of fine pattern using multiple interferometry}
도 1은 종래의 간섭 노광계를 이용한 미세패턴형성장치,
도 2는 간섭 노광계를 이용하여 감광물질을 격자 주기로 현상한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중간섭계를 이용한 미세패턴형성장치,
도 4는 도 3의 노광부분에 발생된 간섭신호패턴을 보여주는 그래프,
도 5는 도 3의 장치에 의해 형성된 패턴의 일예,
도 6은 도 3의 장치에 의해 형성된 패턴의 다른예.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판 20 : 포토레지스터
30 : 미러 40 : 회절격자
본 발명은 간섭 노광(interference lithography)을 이용한 미세패턴을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 간섭 노광은 레이저 빛의 경로차를 이용하여 프린지(fringe) 형성하여 반도체 소자의 패턴 형성에 이용하게 된다.
이하 도 1을 참고하여 종래의 간섭 노광계를 이용한 미세패턴형성장치를 상세히 설명한다.
도 1을 참고하면, 도 1의 장치는 레이저광을 출사하는 레이저 소오스(1)와, 복수개의 전반사거울(2,3,5,6)과 빔 스플리터(4), 및 기판(7)로 구성된다.
도면에 도시된 바와 같이 종래의 간섭 노광 장치는 단파장대의 레이저빔을 두 경로로 나눈 후 이때 발생하는 경로차를 이용하여 일정한 주기의 프린지(fringe) 명암을 얻게 된다.
이러한 프린지를 사용하여 반도체 소자의 제조 공정에서는 약 2000Å정도의 미세 격자주기를 만들어 내게 되는데, 노광에 사용되는 레이저빔은 감광막을 현상하기에 충분한 에너지를 갖고 있는 단파장인 자외선 레이저 소오스(1)를 사용하게 된다.
레이저 소오스(1)에서 발생된 레이저빔을 전반사 거울(2,3)의 안내를 받아 상기 레이저빔을 빔 스플리터(4)로 보내 레이저빔을 둘로 나눈다. 그리고 상기 빔 스플리터(4)에서 나누어진 레이저빔을 전반사 거울(5,6)을 통해 기판(7)에 집속되어 간섭에 의한 프린지를 얻게 된다.
이렇게 하여 얻어지는 프린지를 반도체의 초미세 패턴을 형성하는 감광물질 을 현상하는데 이용하게 되는데 제 2도에 기판(7)상에 현상된 감광물질(8)이 격자 주기(12)로 형성되어짐을 나타낸다. 여기서 격자주기(12)는 λ/2이며, 동일한 격자주기(12)로 감광물질(8)이 형성된다. 이를 거리와 광세기의 그래프로 상관관계를 살펴보면, 도 2의 하기의 그래프와 같다.
도 2의 그래프를 보면, 가로축은 주기를 의미하며 세로축은 광세기(I)를 의미한다. 도 2에 보인바와 같이 동일한 주기인 λ/2로 진폭이 형성되며 광세기(I)도 동일한 주기인 λ/2마다 동일세기를 갖는다. 즉, 간섭 노광시에 두 개의 광이 교차하면서 발생하는 간섭신호형태가 조화함수(sinusoidal)임을 알 수 있다.
이러한 간섭패턴을 갖는 노광 간섭계에서 미세패턴의 형성장치는 레이저가 결정되면 한 가지 주기의 패턴만을 제작할 수 있으며 보다 작은 선폭의 패턴을 제작하거나 주기를 변경하기 위해서는 레이저 자체를 변경해야했다.
또한, 상기와 같은 종래의 간섭 노광계나 여타의 간섭계, 분광계에서 소오스 광원으로 UV(ultraviolet)나 IR(infrared)영역의 비가시광 레이저를 사용하는 경우 광학계 얼라인(align)시 레이저광의 세기나 간섭신호의 폭 조절이 불가하여 동일 폭의 패터닝만이 가능하였으며 1회 얼라인 만이 가능한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 회절격자를 이용해 다중 간섭신호를 발생하여 기판상에 노광하여 미세패턴을 형성하므로 다양한 모양의 패턴의 형성이 가능하며 2회 이상의 패턴형성시에 얼라인이 가능한 다중간 섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치 및 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치는 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성장치에 있어서, 레이저소스; 상기 레이저소스로부터의 출사광을 콜리메이팅된 상태의 평행광으로 입사하여 반사시키는 회절격자; 및 상기 회절격자로부터의 반사광을 상기 기판쪽으로 투과하고 나머지의 광은 상기 회절격자쪽으로 반사시키는 미러를 포함하며, 상기 회절격자와 미러에서 반사 및 투과를 반복하는 광은 매번 투과율(T)만큼의 광이 상기 미러를 투과하여 상기 포토레지스터에 조사되며 이 광들이 다중 간섭현상을 일으키며, 이때 다중 간섭신호의 주기를 변경하여 상기 기판 상에 노광된 노광부위의 위치를 변경시킴으로써 변경된 주기의 갯수 만큼의 패턴형성이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 다중간섭현상에 의한 다중 간섭신호의 형태는 싱크파형을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 기판의 위치를 이동시켜 생성된 다중간섭신호의 형태로 노광시켜 상기 미세패턴의 형성횟수를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치는 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성장치에 있어서, 레이저소스; 상기 레이저소스로부터의 출사광을 콜리메이팅된 상태의 평행광으로 입 사하여 반사시키는 회절격자; 및 상기 회절격자로부터의 반사광을 상기 기판쪽으로 투과하고 나머지의 광은 상기 회절격자쪽으로 반사시키는 미러를 포함하며, 상기 회절격자와 미러에서 반사 및 투과를 반복하는 광은 매번 투과율(T)만큼의 광이 상기 미러를 투과하여 상기 포토레지스터에 조사되며 이 광들이 다중 간섭현상을 일으키며 노광상태에서 다중간섭신호와 기판간의 상대 위치를 연속적으로 변경시킴으로써 기판에 제작되는 미세패턴의 선폭이 조절가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 다중간섭현상에 의한 다중 간섭신호의 형태는 싱크파형을 나타내는 것을 특징으로 한다.
또한, 기판의 위치를 이동시켜 생성된 다중간섭신호의 형태로 노광시켜 상기 미세패턴의 선폭을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성방법은 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성방법에 있어서, 다중 간섭현상에 의해 다중 간섭신호가 싱크파형을 발생하도록 상기 포토레지스터에 노광하는 단계; 상기 노광에 의해 상기 기판상에 제 1패턴을 형성하는 단계; 및 상기 기판을 이동하여 생성된 다중간섭신호의 형태로 노광시켜 상기 기판상에 제 2패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1패턴과 제 2패턴은 다중 간섭신호의 주기를 변경하여 상기 기판 상에 노광된 노광부위의 위치를 변경시킴으로써 변경된 주기로 패턴형성이 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 다중 간섭신호의 주기를 변경하는 횟수에 대응하여 패턴의 개수를 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성방법은 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성방법에 있어서, 다중 간섭현상에 의해 다중 간섭신호가 싱크파형을 발생하도록 상기 포토레지스터에 노광하는 단계; 및 상기 노광상태에서 다중간섭신호와 기판간의 상대 위치를 연속적으로 변경시킴으로써 기판에 제작되는 미세패턴의 선폭이 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 노광사태에서 다중간섭신호와 기판간의 상대 위치를 연속적으로 변경시킴에 따라 상기 미세패턴의 선폭은 상대적으로 넓어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중간섭계를 이용한 미세패턴형성장치이다.
도 3을 참고하면, 기판(10)과 기판(10)의 상부로 감광물질인 포토레지스터(20)를 도포하고, 그 위로 미러(30)를 위치시킨다. 이때 미러(30)의 반사율을 R이라하고 투과율을 T라 한다. 그리고 미러(30)의 상부로는 회절격자(40)를 구비한다. 회절격자(40)는 입사광을 반사하도록 설치되고, 회절격자(40)에서 반사된 반사광을 미러(30)를 통해 반사 또는 투과된다. 이때, 미러(30)를 투과한 투과광은 기판(10)상부에 포토레지스터(20)에 노광된다. 또한, 미러(30)에서 반사된 반사광은 다시 회절결자(40)를 통해 반사되어 미러(30)에서 투과되고 이 때 반사된 반사 광은 또 다시 회절격자(40)를 통해 투과 및 반사되는 과정을 반복하여 다중간섭에 따른 다중간섭신호를 발생한다.
이렇게 구성된 도 3의 장치를 좀 더 상세히 설명한다.
도 3에서, 입사광은 레이저소스(미도시)로부터 발사되는 레이저광을 콜리메이팅시켜 평행광의 형태로 회절격자(40)에 입사된다. 입사광은 회절격자(40)에 조사되면 회절격자(40)에서 반사되는 0차 성분의 반사광이 미러(30)로 입사된다. 미러(30)는 반사율을 조절하기 위해 코팅처리가 되어 있으며 반사율(R)에 해당하는 광만큼만 미러(30)에서 반사되고 나머지 투과율(T)에 해당하는 광이 미러를 투과하여 기판(10)상의 포토레지스터(20)에 입사된다.
한편, 미러(30)에서 반사된 반사광은 다시 회절격자(40)에 조사되고 반사되는 0차 성분의 광은 입사광과 같은 방향으로 반사되어 회절되는 -1차 성분의 광은 동일한 경로로 미러(30)에 재입사된다. 이 광은 다시 미러(30)에서 투과율(T)만큼 투과되고 반사율(R)만큼 반사되어 회절격자(40)에 재입사된다. 다시 -1차로 회절된 광은 동일한 경로를 진행하여 반사 및 투과된다. 이러한 광 진행 경로를 유도하기 위해 회절격자(40)의 주기와 설치각도를 조절할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 이론적으로 무한히 회절격자(40)와 미러(30)에서 반사 및 투과되는 광은 매번 투과율(T)만큼의 광이 미러(30)를 투과하여 포토레지스터(20)에 조사되는데 이 광들이 다중 간섭현상을 만들게 된다.
이를 수식으로 유도하면 다음과 같다.
도 3에서 x축 방향으로의 광경로차는
Figure 112007019494659-pat00001
레이저의 광세기를
Figure 112007019494659-pat00002
라 하고 회절격자에서 첫 번째로 반사되어 미러(30)를 통과하여 포토레지스터(20)에 도달하는 광은
Figure 112007019494659-pat00003
미러(30)면에서 반사되어 회절격자(40)로 조사된 후 -1차로 회절하여 다시 미러를 통과한 후 포토레지스터(20)에 도달하는 광은
Figure 112007019494659-pat00004
여기서
Figure 112007019494659-pat00005
은 회절격자(40)에서 -1차 성분으로 회절 되는 광의 광손실 인자로 정의된다.
이러한 방법으로 3번째 투과되는 광을 정의하면 다음과 같다.
Figure 112007019494659-pat00006
이러한 방법으로 임의의 x위치에서 포토레지스터(20)에 도달하는 모든 광을 표기하면 다음과 같다.
Figure 112007019494659-pat00007
Figure 112007019494659-pat00008
Figure 112007019494659-pat00009
수학식 5에서 임의의 x위치에서 광세기(intensity)는 아래와 같이 정의된다.
Figure 112007019494659-pat00010
수학식 6에서 *는 콘주게이트(conjugate)를 의미한다.
이러한 광세기를 그래프로 도시하면 도 4와 같다.
도 4는 도 3의 노광부분에 발생된 다중 간섭신호의 형태를 보여주는 그래프이다.
도 4를 참고하면, 다중 간섭 신호의 형태가 싱크(sinc)파형으로 발생함을 볼 수 있다. 도 4의 다중 간섭 신호 형태는 세밀도(fineness)가 기존의 간섭신호보다 높으며, 이는 곧 포토레지스터(20)를 노광시키는 부위가 매우 좁아짐을 의미한다. 즉, 다중 간섭신호의 형태가 싱크파형으로 발생되므로 패턴의 노광부위를 최소화할 수 있다.
이론적으로는 회절격자(40)와 미러(30) 사이에 다중 반사를 일으키는 광이 많을 수록 이러한 세밀도는 증가하지만, 회절격자(40)에서 발생하는 광 손실이 크 기 때문에 일반적으로는 유한한 개수의 광만이 실제 간섭 신호를 발생시킬 수 있다.
또한, 도 4의 a와 b의 곡선을 보면, 이동거리(d)만큼 다중 간섭신호의 주기가 바뀔 수 있다. 즉, 초기위치에서는 a와 같은 다중 간섭신호가 발생하고, 기판(10)을 이동하면 그 거리(d)만큼 노광부위가 이동하므로 다중 간섭신호가 곡선 b가 됨을 알 수 있다. 따라서 이렇게 기판(10)상에 노광부위가 이동되도록 노광시키면 기판상에 다양한 패턴을 얻을 수가 있다.
이러한 다양한 패턴의 일예를 도 5및 도 6에 도시한다.
도 5는 도 3의 장치에 의해 형성된 패턴의 일예이다.
도 5는 기판 상에 생성된 미세패턴을 보여주며 여러번의 노광작업에 의해 생성된 패턴들이다. 즉, 1차 노광하여 기판상에 형성된 제 1패턴과 제 1패턴을 형성시킨 다중간섭신호의 주기를 변경하여 기판상에 노광된 노광부위의 위치를 상대적으로 변형시켜 2차 노광하면 기판상에 제 2패턴이 형성된다. 또한, 마찬가지로 2차패턴을 형성시킨 다중간섭신호의 주기를 변경하여 기판상에 노광된 노광부위의 위치를 상대적으로 변형시켜 3차 노광하면 기판상에 제 3패턴이 형성된다. 따라서, 기판 상에 노광된 노광부위의 위치를 상대적으로 변형시킴으로써 다중 간섭신호에 의한 제 1패턴의 주기보다 작은 주기의 제 2패턴과 제 3패턴을 기판 상에 형성할 수 있다. 즉, 다중간섭신호의 주기를 변경하여 기판 상에 여러 번 패턴을 형성할 수 있다.
도 6은 도 3의 장치에 의해 형성된 패턴의 다른 예 이다.
도 6에 보면 기판 상에 생성된 미세패턴을 보여주며 여러번의 노광이 아닌 노광상태에서 패턴의 모양을 다양하게 생성한 패턴이다. 즉, 노광상태에서 다중간섭신호와 기판간의 상대 위치를 연속적으로 변경시킴으로써 기판에 제작되는 미세패턴의 선폭이 도 6과 같이 도 5에 비해 상대적으로 넓어지도록 임의로 조절하여 형성가능하다. 이처럼 기판상에 생성되는 미세패턴의 모양이 다양하게 형성가능하다.
따라서, 본 발명의 미세패턴 형성장치는 다중 간섭현상을 이용하여 다양한 모양의 패턴의 형성이 가능하며 2회 이상의 패턴형성 시에 얼라인이 가능한 효과를 제공한다.

Claims (10)

  1. 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성장치에 있어서,
    레이저소스;
    상기 레이저소스로부터의 출사광을 콜리메이팅된 상태의 평행광으로 입사하여 반사시키는 회절격자; 및
    상기 회절격자로부터의 반사광을 상기 기판쪽으로 투과하고 나머지의 광은 상기 회절격자쪽으로 반사시키는 미러를 포함하며,
    상기 회절격자와 미러에서 반사 및 투과를 반복하는 광은 매번 투과율(T)만큼의 광이 상기 미러를 투과하여 상기 포토레지스터에 조사되며 이 광들이 다중 간섭현상을 일으키며, 이때 다중 간섭신호의 주기를 변경하여 상기 기판 상에 노광된 노광부위의 위치를 변경시킴으로써 변경된 주기의 갯수 만큼의 패턴형성이 가능하며,
    상기 기판의 위치를 이동시면서 상기 회절격자와 미러에 의해 생성된 다중간섭신호의 형태로 노광시켜 상기 미세패턴의 형성횟수를 조절하는 것을 특징으로 하는 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다중간섭현상에 의한 다중 간섭신호의 형태는 싱크파형을 나타내는 것을 특징으로 하는 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치.
  3. 삭제
  4. 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성장치에 있어서,
    레이저소스;
    상기 레이저소스로부터의 출사광을 콜리메이팅된 상태의 평행광으로 입사하여 반사시키는 회절격자; 및
    상기 회절격자로부터의 반사광을 상기 기판쪽으로 투과하고 나머지의 광은 상기 회절격자쪽으로 반사시키는 미러를 포함하며,
    상기 회절격자와 미러에서 반사 및 투과를 반복하는 광은 매번 투과율(T)만큼의 광이 상기 미러를 투과하여 상기 포토레지스터에 조사되며 이 광들이 다중 간섭현상을 일으키며 노광상태에서 다중간섭신호와 기판간의 상대 위치를 연속적으로 변경시킴으로써 기판에 제작되는 미세패턴의 선폭이 조절가능하며,
    상기 기판의 위치를 이동시면서 상기 회절격자와 미러에 의해 생성된 다중간섭신호의 형태로 노광시켜 상기 미세패턴의 선폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다중간섭현상에 의한 다중 간섭신호의 형태는 싱크파형을 나타내는 것을 특징으로 하는 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성장치.
  6. 삭제
  7. 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성방법에 있어서,
    다중 간섭현상에 의해 다중 간섭신호가 싱크파형을 발생하도록 상기 포토레지스터에 노광하는 단계;
    상기 노광에 의해 상기 기판상에 제 1패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 기판을 이동하여 생성된 다중간섭신호의 형태로 노광시켜 상기 기판상에 제 2패턴을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1패턴과 제 2패턴은 다중 간섭신호의 주기를 변경하여 상기 기판 상에 노광된 노광부위의 위치를 변경시킴으로써 변경된 주기로 패턴형성이 가능하며,
    상기 다중 간섭신호의 주기를 변경하는 횟수에 대응하여 패턴의 개수를 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성방법.
  8. 삭제
  9. 포토레지스터가 도포된 기판상에 미세패턴을 형성하기 위한 미세패턴의 형성방법에 있어서,
    다중 간섭현상에 의해 다중 간섭신호가 싱크파형을 발생하도록 상기 포토레지스터에 노광하는 단계; 및
    상기 노광상태에서 다중간섭신호와 기판간의 상대 위치를 연속적으로 변경시킴으로써 기판에 제작되는 미세패턴의 선폭이 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 노광상태에서 다중간섭신호와 기판간의 상대 위치를 연속적으로 변경시킴에 따라 상기 미세패턴의 선폭은 상대적으로 넓어지는 것을 특징으로 하는 다중간섭현상을 이용한 미세패턴의 형성방법.
  10. 삭제
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