KR19980050140A - 위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전마스크와 비대칭 변형 조명을 결합한 결상방법에 관한것으로, 가로, 세로 비대칭 주기성 패턴을 가지는 위상반전 마스크를 이용하는 노광장치에서 가로, 세로의 유효 간섭도를 각각 조정하여 가로, 세로 각 방향에서 원하는 패턴 형성 광도를 같거나 비슷하게 되도록하는 비대칭 조명 법을 이용하거나 보조회절 마스크를 이용하는 방법이다.

Description

위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법

본 발명은 위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법에 관한것으로, 특히 반도체소자 제조 공정의 하나인 리소그라피 공정에서 노광 장비에 위상반전마스크를 사용하고 비대칭 변형 조명법을 사용하는 마이크로 리소그라피 공정의 결상방법에 관한것이다.

반도체 소자의 제조공정중 리소그라피 공정에서 웨이퍼상에 소정형상의 패턴을 형성하기 위해 패턴이 형성된 마스크 예컨데, 레티클(Reticle)을 사용하여 노광을 실시한다. 이때, 웨이퍼상에 소정형상의 패턴을 형성하기 위해 사용되는 노광장치인 스테퍼는 빛을 발산하는 광원과, 상기 광원으로 부터 나오는 빛을 크기 또는 형상에 따라 적절하게 투과시키는 애퍼처와, 상기 애퍼처로부터 나온 빛을 집속 또는 투영시키는 렌즈와, 상기 렌즈와 웨이퍼의 사이에 위치하며 웨이퍼상에 형성하고자 하는 패턴이 형성된 레티컬등으로 구성되어 있다.

상기 광원으로부터 나오는 빛을 마스크와 웨이퍼상에 일정한 양을 도달시키기 위해 조절하는 애퍼처를 이용하는 변형 조명법이 이용된다.

반도체소자의 집적도가 증대됨에 따라 패턴의 사이즈와 간격은 점점 작아지고 있는데 이러한 패턴을 형성하는 장비의 발전의 더디게 진행된다. 이와같이 미세 패턴을 형성하는 방법의 하나로 마스크에 부분적으로 위상을 쉬프트시키는 위상반전마스크가 대두되었다.

위상반전마스크는 위상반전을 이용하여 보통의 마스크로는 가질수 없는 높은 결상력을 가지는 마스크이다.

도1은 종래의 크롬 마스크(1)를 이용하여 노광할때 광학계를 투과하는 이상적인 빛의 진폭(2)과, 실제 웨이퍼의 상에 도달되는 빛의 진폭(3), 빛의 세기(4)를 도시한 것이며, 도2는 위상반전마스크(5)를 이용하여 노광할때 광학계를 투과하는 이상적인 빛의 진폭(2)과, 실제 웨이퍼의 상에 도달되는 빛의 진폭(3)과 빛의 세기(4)를 도시한 것이다.

참고로, 도5는 일반적인 위상반전 마스크를 도시한 것으로, 다수의 크롬 패턴이 구비되고, 상기 크롬 패턴의 사이에 번갈아가면서 위상이 0°와 180°쉬프트 되도록 구비된 것이다.

그러나, 이것은 각방향에 대해 대칭적인 주기성을 가지는 패턴에서 효과가 뛰어나고, 비대칭적 주기성을 가지는 패턴에 대해서는 어느 정도 크기까지는 가능하지만 특정한계 이하의 크기가 되면 상이 급격히 나빠져 더이상 원하는 패턴을 형성 할수가 없게 된다.

도3은 메모리소자인 DRAM에서 직사각형 구조의 저장전극 패턴을 형성할때 대각선 방향으로 동일 위상 예를들어 0°또는 180°으로 통과되도록 구비한 위상반전 마스크를 이용하여 광할때 마스크를 통과한 노광에너지의 분포는 직사각형 보다는 작은 타원형으로 이루어짐을 도시한다.

상기와같이 웨이퍼상에 맺힌 상이 감광제에 의해 패턴이 형성될때는 특정한 빛의 세기에 해당되는 빛의 세기 등고선을 따른다. 이와같이 비대칭적인 주기성 패턴에서 상이 나쁜 이유는 가로방향(X 방향)에서 원하는 패턴 형성 광도와 세로 방향(Y 방향)에서 패턴 형성 광도가 서로 다르기 때문이다.(도4 참조)

본 발명의 목적은 상기와 같이 가로, 세로 비대칭 주기성 패턴을 가지는 마스크에서 가로, 세로의 유효 간섭도를 각각 조정하여 가로, 세로각 방향에서 원하는 패턴 형성 광도를 같거나 비슷하게 되도록 하는 위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래의 크롬 마스크를 이용하여 노광할때 투과되는 이상적인 빛의 진폭과, 실제 웨이퍼의 상에 도달되는 빛의 진폭, 빛의 세기를 도시한 것이다.

도2는 종래의 위상반전마스크를 이용하여 노광할때 투과하는 이상적인 빛의 진폭과, 실제 웨이퍼의 상에 도달되는 빛의 진폭과 빛의 세기를 도시한 것이다.

도3은 메모리소자인 DRAM에서 사각형 구조의 저장전극 패턴을 형성할때 위상반전 마스크를 이용하여 노광할때 웨이퍼 상에 도달되는 노광 에너지를 도시한 것이다.

도4는 비대칭적인 주기성 패턴을 갖는 위상반전 마스크를 이용하여 노광할때 가로방향(X 방향)과 세로 방향(Y 방향)에서 패턴 형성 광도가 서로 다른 것을 도시한다.

도5는 일반적인 위상반전 마스크를 도시한 것이다.

도6은 위상반전마스크에서 간섭도에 따른 선폭의 변화를 도시한 것이다.

도7은 일반적인 노광장치인 스테퍼를 도시한 것이다.

도8은 본 발명에 의해 제조된 비대칭 광원을 발생시키는 스테퍼를 도시한 것이다.

도9는 상기한 본 발명의 제1실시예에 의해 비대칭 광원이 발생되는 애퍼처를 이용하여 노광하는 경우에 예정된 빛의 세기에서 가로, 세로의 패턴 형성 광도가 일치함을 도시한다.

도10은 상기한 본 발명의 제1실시예에 의해 비대칭 광원이 발생되는 애퍼처를 이용하여 노광하는 경우에 직사각형 저장전극의 전영역에 노광에너지가 도달되는 것을 도시한다.

도11은 본 발명의 제2 실시예에 의해 노광하는 과정을 도시한 것이다.

도12의 (a),(b)는 도12의 (c),(d)에 도시된 비대칭 광원을 이루는 애퍼처와 동일 기능을 갖도록 구비한 보조회절마스크의 일예이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 크롬 마스크 5 : 위상반전마스크

7 : 노광 에너지 10 : 광원

11 : 애퍼처 12 : 집광렌즈

13 : 레티클 14 : 투사렌즈

15 : 웨이퍼 16 : 보조회절마스크

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광원과, 상기 광원으로 부터나오는 빛을 크기 또는 형상에 따라 적절하게 투과시키는 애퍼처와, 상기 애퍼처로 부터 나온 빛을 집속 또는 투영시키는 렌즈와, 상기 렌즈로부터 전달된 광이 패턴이 구비된 위상반전 마스크로 이루어진 레티클과 투사렌즈를 통해 웨이퍼에 전달하는 조명방법에 있어서, 상기 레티클의 패턴이 비대칭일때 가로 및 세로 방향의 패턴형성 광도가 비슷해 지도록 세로 방향과 가로 방향의 유효 간섭도를 조정한 애퍼처를 이용하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본발명은 광원과, 상기 광원으로 부터 나오는 빛을 크기 또는 형상에 따라 적절하게 투과시키는 애퍼처와, 상기 애퍼처로 부터 나온 빛을 집속 또는 투영시키는 렌즈와, 상기 렌즈로부터 전달된 광이 패턴이 구비된 위상반전 마스크로 이루어진 레티클과 투사렌즈를 통해 웨이퍼에 전달하는 조명방법에 있어서, 상기 레티클의 패턴이 비대칭일때 가로 및 세로 방향의 패턴형성 광도가 비슷해 지도록 상기 레티클 상부에 세로 방향과 가로 방향의 유효 간섭도를 조정한 보조회절마스크를 삽입하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법이다.

본 발명은 가로, 세로의 유효 간섭도를 각각 조정한 즉, 광원의 크기를 가로, 세로로 각기 다르게 조정한 비대칭 변형 조명을 사용하여 가로방향과 세로방향에서 각각 패턴형성광도가 같거나 일치하게 하여 정확한패턴을 형성할 수가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도6는 도3에 도시된 위상반전마스크에서 렌즈의 구경에 대한 광원의 상대적 크기 즉, 간섭도에 따른 선폭의 변화를 도시한 것이다. 여기서 간섭도에 따라 동일한 강도에서도 형성되는 선폭의 크기가 달라짐을 알수 있다. 역으로 동일한 선폭을 주는 광도가 간섭도에 따라 달라진다는 뜻이기도 하다.

도7은 일반적인 노광장치인 스테퍼를 도시한 것으로, 광원(10)과, 상기 광원(10)으로 부터 나오는 빛을 크기 또는 형상에 따라 적절하게 투과시키는 애퍼처(11)와, 상기 애퍼처(11)로 부터 나온 빛을 집속 또는 투영시키는 렌즈(12)와, 상기 렌즈(12)로부터 전달된 광이 패턴이 구비된 레티클(13)과 투사렌즈(14)를 통해 웨이퍼(15)에 전달된다.

참고로, 상기와 같은 변형 조명법에서는 애퍼처(11)를 투과하면서 마스크상에 경사진 빛이 입사하도록 한다. 이때, 마스크를 통과하면서 회절된 빛 중(0 차) 회절광과 (±1 차) 회절광중 하나가 그 하부에 위치한 투사렌즈로 집속되므로써 (0 차) 회절광과 (±1차) 회절광의 입사각이 같을 때에 촛점심도의 증가효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 상기 레티클을 통과한 빛에서 가로, 세로의 패턴 형성의 광도를 일치시키기 위해 변형 조명 법을 이용하는것이다. 즉, 도3과같은 저장전극 패턴이 구비된 마스크를 이용하여 노광공정을 실시할때 도8과같이 비대칭 광원이 발생되도록 구비된 애퍼처를 이용한다.

참고로, 여기서는 비대칭 광원이 발생되도록 타원형, 직사각형, 작은 원 이격시켜 배치하거나, 작은 사각형을 이격시켜 두개씩 배치하여 광이 투과되는 형상이 저장전극 패턴의 같이 사각형과 유사하게 구비된다.

도9는 상기한 본 발명의 제1실시예에 의해 비대칭 광원이 발생되는 애퍼처를 이용하여 노광하는 경우에 예정된 빛의 세기에서 가로, 세로의 패턴 형성 광도가 일치함을 도시한다.

도10은 상기한 본 발명의 제1실시예에 의해 비대칭 광원이 발생되 애퍼처와 저장전극용 마스크를 이용하여 노광하는 경우에 거의 직사각형 저장전극의 전영역에 노광에너지가 도달되는 것을 도시한다. 즉, 원하는 영역에 광이 도달됨을 알 수 있다.

도11은 본 발명의 제2 실시예에 의해 노광하는 과정을 도시한 것으로, 도7과 같은 과정을 거치되 상기 본 발명의 제1 실시예와 동일한 효과를 얻기 위하여 상기 레티클(13)의 상측에 보조회절 마스크(16)를 삽입하는 것이다.

도12의 (a),(b)는 상기 보조회절마스크(16)의 일예를 도시한 것으로, 도8에 도시한 애퍼처를 사용하는 대신에 종래와 같은 스테퍼를 이용하되 투명 기판에 투과되는 빛의 위상이 180。또는 0° 쉬프트 되도록 위상반전 영역을 선택적으로 구비한 보조회절 마스크를 제조하고, 이것을 레티클(13) 상부에 배치하여 렌즈(12)를 통과한 빛이 상기 보조회절마스크(16)를 거쳐서 레티클(13)에 전사되도록 하는 것이다.

참고로, 작은 원이 두개로 이루어진 애퍼처(도12의 (c) 참조)와 동일 기능을 갖는 보조회절마스크는 도12의 (a)와 같이 위상이 0°와 180°되는 영역이 반복적으로 구비된다.

또한, 작은 원이 4개로 이루어진 애퍼처(도12의 (d) 참조)와 동일 기능을 갖는 보조회절마스크는 도12의 (b)와 같이 0°와 180°쉬프트되는 영역이 격자 모양으로 구비된다.

상기한 바와같은 본 발명에 의하면 현재의 비대칭 위상반전마스크의 결상력을 보다 증가시켜 위상반전마스크의 적용의 폭을 넓힘으로써 장비의 결상 한계를 보다 높일수 있다.

또한, 위상반전이 일어나는 경계지역이 크롬에 의해 가려지지 않고 드러나는 경우 위상반전층이 어긋남에 따라 패턴의 변형이 민감하다. 그래서 이러한 경계는 크롬에 의해 가려 위상반전마스크의 제작시 위상반전층의 이동이 패턴의 변형을 막아주어야 하는데 본 발명을 사용하면 충분한 여유를 가질수 있다.

Claims (3)

1. 광원과, 상기 광원으로 부터 나오는 빛을 크기 또는 형상에 따라 적절하게 투과시키는 애퍼처와, 상기 애퍼처로 부터 나온 빛을 집속 또는 투영시키는 렌즈와, 상기 렌즈로부터 전달된 광이 패턴이 구비된 위상반전 마스크로 이루어진 레티클과 투사렌즈를 통해 웨이퍼에 전달하는 조명방법에 있어서, 상기 레티클의 패턴이 비대칭일때 가로 및 세로 방향의 패턴형성 광도가 비슷해 지도록 세로 방향과 가로 방향의 유효 간섭도를 조정한 애퍼처를이용하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법.
2. 광원과, 상기 광원으로 부터 나오는 빛을 크기 또는 형상에 따라 적절하게 투과시키는 애퍼처와, 상기 애퍼처로 부터 나온 빛을 집속 또는 투영시키는 렌즈와, 상기 렌즈로부터 전달된 광이 패턴이 구비된 위상반전 마스크로 이루어진 레티클과 투사렌즈를 통해 웨이퍼에 전달하는 조명방법에 있어서, 상기 레티클의 패턴이 비대칭일때 가로 및 세로 방향의 패턴형성 광도가 비슷해 지도록 상기 레티클 상부에 세로 방향과 가로 방향의 유효 간섭도를 조정한 보조회절마스크를 삽입하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 보조회절마스크는 투명/판에 투과되는 빛의 위상이 0°또는 180°쉬프트되는 영역이 구비되는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크와 비대칭 변형조명을 결합한 결상방법.