KR19990065098A

KR19990065098A - 위상 반전 마스크를 사용하는 포토레지스트막 노광 방법 및 이에 이용되는 노광 장치

Info

Publication number: KR19990065098A
Application number: KR1019980000206A
Authority: KR
Inventors: 차동호
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-01-07
Filing date: 1998-01-07
Publication date: 1999-08-05

Abstract

위상 반전 마스크(phase shift mask)를 사용하는 포토레지스트막(photoresist layer) 노광(exposure) 방법 및 이에 이용되는 노광 장치를 개시한다. 본 발명은 광원, 파리눈 렌즈(fly's eye lens), 집속 렌즈(condenser lens), 위상 반전 마스크 및 편광기(polarizer)를 포함한다. 편광기는 파리눈 렌즈 및 위상 반전 마스크 사이에 도입되어 위상 반전 마스크를 통과할 빛을 편광시킨다. 이와 같이 편광된 빛은 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트막을 선택적으로 노광시킨다.

Description

위상 반전 마스크를 사용하는 포토레지스트막 노광 방법 및 이에 이용되는 노광 장치

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 위상 반전 마스크(Phase Shift Mask;이하 PSM이라 한다)를 사용하는 포토레지스트막(photoresist layer) 노광(exposure) 방법 및 이에 이용되는 노광 장치에 관한 것이다.

반도체 장치가 고집적화 되어 그 패턴이 미세해짐에 따라, 투과형 포토 마스크(transparent photo mask)를 사용하는 노광 방법은 해상도의 한계에 이르고 있다. 이를 해결하는 방법의 하나로 마스크를 투과하는 빛의 파장의 위상을 변화시켜 상호 간섭시키는 원리에 기초한 PSM이 제안되었다.

PSM을 이용한 패턴 형성 방법은 투과한 빛의 상호 간섭 또는 부분 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 노광한다. 따라서 해상도(resolution)나 초점심도(defocus)를 증가시킬 수 있다. 이러한 위상 반전 마스크는 여러 가지가 제안되었으나 그 중에서 교번형 PSM(alternative type phase shift mask)는 해상도를 효과적으로 증가시킬 수 있는 장점을 가진다. 이에 따라 교번형 PSM은 라인(line)과 스페이스(space)의 연속적인 배열과 같이 연속적으로 반복되는 패턴 및 콘택 홀(contact hole)을 형성하는 패턴에 효과적으로 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2는 교번형 PSM을 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.

이러한 교번형 위상 반전 마스크의 예로는 도 1에 도시한 바와 같은 SOG형(Spin On Glass type)과 도 2에 도시한 바와 같은 석영 식각형(quartz etch type)을 들 수 있다. 도 1 및 도 2에서 참조 부호10은 석영 기판을 나타내고, 참조 부호20 및 참조 부호20a는 차광막 패턴을 나타낸다. 또한, 참조 부호30은 SOG막을 나타낸다. 이때, 참조 부호40은 위상 반전 영역, 즉, 180°위상인 영역을 나타내며, 참조 부호45는 위상 비반전 영역, 즉, 0°위상인 영역을 나타낸다. SOG형 PSM은 위상 차를 얻기 위해서 SOG막을 위상 반전 수단(phase shifter)으로 이용하고, 석영 식각형 PSM은 석영 기판(10)을 식각하여 위상 반전 수단을 구현한다.

도 3 및 도 4는 종래의 노광 방법의 문제점을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

상술한 바와 같이 위상 반전을 구현하기 위해서는 평탄하지 않은 구조가 형성된다. 즉, SOG막이 형성되거나 석영 기판이 식각되어 입체 구조가 형성된다. 이러한 구조는 패턴, 예컨대 SOG막 또는 식각 영역 등과 같은 패턴의 가장 자리부에서 웨이브 가이드 현상(wave guide phenomenon)의 발생을 유도할 수 있다. 이와 같은 웨이브 가이드 현상에 의해서 광손실이 발생하게 된다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이 위상 반전 영역(40)을 통과한 빛의 세기(40a)는 위상 비반전 영역(45)을 통과한 빛의 세기(45a)에 비해 작게 된다. 따라서, 상기한 바와 같은 빛의 세기(intensity)의 차에 의해서 노광되는 포토레지스트막에 패턴의 선폭(Critical Dimension; CD)의 차(ΔCD)가 발생하게 된다. 또한, 웨이브 가이드 현상은 도 4에 도시한 바와 같이 초점심도 정도(focus level)에 따라 피크 세기(peak intensity)가 반전하는 현상을 유도할 수 있다. 즉, 초점심도 정도에 따라 위상 반전 영역(40)에서의 피크 세기(40b)는 위상 비반전 영역(45)에서의 피크 세기(45b)보다 커진다. 즉, 초점심도 정도에 따라 피크 세기 차(Δ)가 발생하게 된다. 이에 따라 ΔCD가 발생하게 되며, ΔCD값이 대략 0인 초점심도를 구현하기가 어려워진다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이브 가이드 현상의 발생을 방지하여 ΔCD를 감소시킬 수 있는 포토레지스트막의 노광 방법을 수행할 수 있는 반도체 장치의 노광 장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 웨이브 가이드 현상의 발생을 방지하여 ΔCD를 감소시킬 수 있는 반도체 장치의 포토레지스트막 노광 방법을 제공하는데 있다.

도 1 및 도 2는 교번형 위상 반전 마스크(alternating phase shift mask)를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따르는 노광 장치의 실시예를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 광원, 파리눈 렌즈, 집속 렌즈, 위상 반전 마스크 및 편광기를 포함한다. 이때, 상기 파리눈 렌즈는 상기 광원에서 발생되는 곡면파의 빛을 평면파의 빛으로 바꿔준다. 상기 집속 렌즈는 상기 평면파의 빛을 집속한다. 더하여 상기 위상 반전 마스크는 교번형 위상 반전 마스크 등을 이용하며, 상기 집속 렌즈에 의해 집속된 빛을 선택적으로 통과시킨다. 이에 의해서 상기 위상 반전 마스크 하부에 도입되는 반도체 기판 상의 포토레지스트막이 선택적으로 노광된다.

상기 편광기로는 프리즘형 편광기(prism type polarizer), 디클로익 및 회절형 편광기(dichroic and diffration type polarizer) 또는 비 정형 입반사 및 투과 편광기(non-normal-incidence reflection and transmittance polarizer)등이 사용된다. 이때, 상기 편광기는 상기 파리눈 렌즈 및 위상 반전 마스크 사이에 도입되어 상기 위상 반전 마스크를 통과할 빛을 편광시킨다. 즉, 상기 편광기는 상기 집속 렌즈 및 상기 위상 반전 마스크 사이에 도입되거나 상기 파리눈 렌즈 및 집속 렌즈 사이에 도입된다. 이에 따라 포토레지스트막에 입사하는 빛은 편광된 빛이 된다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성한다. 이후에, 상기 포토레지스트막 상부에 교번형 위상 반전 마스크 등과 같은 위상 반전 마스크를 도입한다. 다음에, 상기 위상 반전 마스크에 편광된 빛을 조사하여 하부의 포토레지스트막을 선택적으로 노광시킨다. 이때, 상기 편광된 빛은 프리즘형 편광기(prism type polarizer), 디클로익 및 회절형 편광기(dichroic and diffration type polarizer) 또는 비 정형 입반사 및 투과 편광기(non-normal-incidence reflection and transmittance polarizer)등과 같은 편광기에 의해서 편광된 빛이다.

본 발명에 따르면, 웨이브 가이드 현상의 발생을 방지하여 ΔCD를 감소시킬 수 있는 포토레지스트막의 노광 방법을 수행할 수 있는 반도체 장치의 포토레지스트막 노광 방법 및 이에 이용되는 노광 장치를 제공할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 부재 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어지거나 간략화된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따르는 노광 장치의 실시예를 개략적으로 나타낸다.

구체적으로, 본 발명에 따르는 포토레지스트막의 노광 방법에 이용되는 노광 장치는 다음과 같이 이루어진다. 예컨대, 광원(100), 파리눈 렌즈(fly's eye lens;200), 집속 렌즈(condenser lens;300), PSM(400) 및 편광기(polarizer;500)를 포함한다.

이때, 상기 광원(100)에서는 곡면파의 빛이 발생한다. 이러한 곡면파의 빛은 상기 파리눈 렌즈(200)를 통과함에 따라 평면파의 빛으로 전환된다. 이후에, 상기 평면파의 빛은 상기 집속 렌즈(300)에 의해서 집속된다. 이후에, 집속된 빛은 상기 PSM(400), 예컨대 교번형 PSM을 통과하여 반도체 기판(600) 상에 형성된 포토레지스트막을 노광시킨다. 상기 포토레지스트막은 상기 PSM(400)을 통과하는 빛에 의해서 선택적으로 노광된다.

상기 편광기(500)는 상기 파리눈 렌즈(200)와 PSM(400) 사이에 도입되어 상기 PSM(400)에 입사하는 빛을 편광시킨다. 편광되지 않은 일반적인 빛은 동일한 진폭을 가지는 두 개의 평면파로 특정 지어질 수 있다. 이때, 상기 두 평면파는 상호간에 부정합적(incoherent)이고 직교적(orthogonal)이다. 즉, 편광되지 않은 빛은 TE 모드(Transverse mode)와 TM 모드(Transverse magnetic mode)로 기술될 수 있다. 이러한 TE 모드 및 TM 모드로 기술되는 경우에, 편광되지 않은 빛은 상기 PSM(400)에 존재하는 평탄하지 않는 구조, 즉, 입체적인 패턴 구조에서 특정 크기 이하의 패턴 구조에 의해서 스펙트럼비(spectrum ratio) │T₀│/│T₁│가 다르게 된다. 이때, T₀은 회절된 빛의 0차 성분(zero order component)을 의미하며, 주로 빛의 세기의 기본(back ground)이 된다. 또한, T₁은 회절되는 시뉴소이달(sinusoidal)한 요소를 나타내는 빛의 1차 성분을 나타낸다.

상기한 스펙트럼비가 0이 될 때, PSM(400)을 통과한 빛은 간섭 등에 의한 광손실의 발생을 방지할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같은 위상 반전 영역(40) 및 위상 비반전 영역(45)을 통과하는 빛들의 세기 차이가 없어진다. 즉, ΔCD가 0인 이상적인 PSM(400)을 구현할 수 있다. 그러나, 상기 스펙트럼비가 0이 되기 위해서는 0차 성분이 0이어야한다. 이와 같이 0차 성분이 0이 되면 서로 반전된 빛은 세기 차를 나타내지 않는다.

그러나, 0차 성분을 0으로 만드는 것은 거의 불가능하다. 이에 따라 상기 스펙트럼비를 0에 가까운 값으로 감소시키면, 상기한 바와 같은 세기 차이를 감소시킬 수 있다. 이러한 스펙트럼비를 0에 가깝게 가져가는 것은 편광기(500)를 상기 빛의 경로 사이에 도입하여 상기 빛을 편광시켜 스펙트럼비가 0에 가까운 평면파만이 상기 PSM(400)에 입사하도록 하는 방법으로 구현된다. 즉, 상기 파리눈 렌즈(200)와 상기 PSM(400) 사이에 도입되는 편광기(500)는 빛을 스펙트럼비가 0에 최대한 가까운 값을 가지는 평면파, 즉, 상대적으로 낮은 스펙트럼비를 가지는 평면파의 빛으로 편광시키는 역할을 한다.

상술한 바와 같이 편광기(500)는 스펙트럼비가 0에 가까운 편광이 상기 PSM(400)에 입사되도록 하는 역할을 하면 되므로, 도 5에 도시한 바와 같이 파리눈 렌즈(200) 및 집속 렌즈(300)의 사이에 도입될 수 있다. 또한, 도 6에 도시한 바와 같이 집속 렌즈(300)와 PSM(400)의 사이에 도입될 수 있다. 더하여, 상기 편광기(500)로는 프리즘형 편광기(prism type polarizer), 디클로익 및 회절형 편광기(dichroic and diffration type polarizer) 또는 비 정형 입반사 및 투과 편광기(non-normal-incidence reflection and transmittance polarizer)등을 이용한다.

상술한 바와 같이 반도체 기판(600) 상에 형성된 포토레지스트막 상에 PSM(400)을 도입하고 상기 PSM(400)에 스펙트럼비가 0에 가까운 편광을 조사하는 방법으로 포토레지스트막을 노광시킨다. 이와 같이 하면, PSM(400)을 통과한 빛은 그 경로가 위상 반전 영역(40)을 통과했거나 위상 비반전 영역(45)을 통과했거나 간에 세기가 거의 일정해진다. 즉, PSM(400)의 패턴 구조에 따른 서로 반전된 위상을 가지는 이웃하는 빛의 세기차이를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 ΔCD의 감소를 구현할 수 있다. 또한, 초점심도의 한계 폭을 확대시킬 수 있어 초점심도의 제어에 유리하다.

이상, 본 발명을 도면과 명세서에서 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것은 아닌다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

상술한 본 발명에 따르면, 반도체 기판에 형성된 포토레지스트막 상에 도입되는 PSM에 편광된 빛을 조사한다. 이에 따라, 상기 PSM을 통과한 위상 반전된 빛과 위상 비반전된 빛간의 세기 차이를 감소시킬 수 있다. 이에 따라 ΔCD의 감소를 구현할 수 있다. 이때, 상기 편광된 빛은 파리눈 렌즈와 상기 PSM 사이에 도입되는 편광기에 의해서 스펙트럼비가 0에 최대한 가까운 값을 가지는 평면파의 빛이다. 또한, 초점심도의 한계 폭을 넓힐 수 있어, 정교한 패턴을 구현하기 위한 초점심도의 제어에 유리하다.

Claims

광원;

상기 광원에서 발생되는 곡면파의 빛을 평면파의 빛으로 바꿔주는 파리눈 렌즈;

상기 평면파의 빛을 집속하는 집속 렌즈;

상기 집속 렌즈에 의해 집속되어 입사되는 빛을 선택적으로 투과시키는 위상 반전 마스크; 및

상기 파리눈 렌즈 및 위상 반전 마스크 사이에 도입되어 상기 위상 반전 마스크에 입사하는 빛을 편광시키는 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 위상 반전 마스크는 교번형 위상 반전 마스크인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광기는 프리즘형 편광기(prism type polarizer), 디클로익 및 회절형 편광기(dichroic and diffration type polarizer) 및 비 정형 입반사 및 투과 편광기(non-normal-incidence reflection and transmittance polarizer)로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 한 편광기인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광기는

상기 집속 렌즈 및 상기 위상 반전 마스크 사이에 도입되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광기는

상기 파리눈 렌즈 및 집속 렌즈 사이에 도입되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 노광 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광기는 상기 위상 반전 마스크에 입사되는 빛을 상대적으로 낮은 스펙트럼비를 가지는 빛으로 편광시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 노광 장치.
반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계;

상기 포토레지스트막 상부에 위상 반전 마스크를 도입하는 단계; 및

상기 위상 반전 마스크에 편광된 빛을 조사하여 하부의 포토레지스트막을 선택적으로 노광시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트막 노광 방법.
제7항에 있어서, 상기 위상 반전 마스크는 교번형 위상 반전 마스크인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트막 노광 방법.
제7항에 있어서, 상기 편광된 빛은

프리즘형 편광기(prism type polarizer), 디클로익 및 회절형 편광기(dichroic and diffration type polarizer) 및 비 정형 입반사 및 투과 편광기(non-normal-incidence reflection and transmittance polarizer)로 이루어지는 일군에서 선택되는 어느 한 편광기에 의해서 편광된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트막 노광 방법.
제7항에 있어서, 상기 편광된 빛은 상대적으로 낮은 스펙트럼비를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 포토레지스트막 노광 방법.