KR20030057601A - 리소그래피용 액정마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크롬막과 석영기판을 이용하는 마스크의 제조 공정별 제작 및 관리함에 따른 어려움과 설계 변경에 따른 기간 소요를 개선하도록 한 액정마스크를 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은 회전방향이 90°차이를 갖는 수평편광판과 수직 편광판, 상기 수평편광판과 수직편광판 사이에 위치하며, 액정을 사이에 두고 투명전극이 서로 대향하고 상기 투명전극상에 액정판이 구비된 상부마스크와 하부마스크, 상기 투명전극의 일측에 연결되어 설계 정보를 제공하는 설계정보입력단, 및 상기 투명전극의 타측에 연결되어 상기 설계정보입력단으로부터 제공된 설계 정보에 따라 상기 투명전극의 설정영역에 전압을 인가하는 전압인가단을 포함하여, 상기 액정을 통하여 상기 전압이 인가된 설정영역에 입사된 노광원을 90°편광시켜 웨이퍼상에 전달하는 것을 특징으로 한다

Description

리소그래피용 액정마스크{Liquid crystal mask for lithography}
본 발명은 리소그래피(lithography) 공정에 관한 것으로, 특히 액정 마스크(liquid crystal mask)에 관한 것이다.
최근에 반도체소자 제조시 포토레지스트를 이용한 미세 패턴형성 공정인 리소그래피 공정에 마스크의 역할이 점차 증대되고 있다. 특히, 요구되는 소자의 미세화에 따라 노광원으로 사용되는 광원들이 점차 짧아지고 설계 또한 복잡해져 리소그래피 공정에서 다수의 고품질 마스크가 요구되고 있다.
또한, 설계 변경에 따른 빠른 대응을 위해서는 프로그램 가능한 마스크 즉, 설계 정보를 실시간으로 반영한 마스크의 필요성이 대두되고 있다.
종래 반도체소자 제조 공정 단계별 다른 설계 정보를 각각 다른 마스크에 기록하였다.
도 1을 참조하면, 석영판(11)위에 크롬막(12)이 덮혀져 있는 재료를 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트(13)상에 전사하고 식각 공정을 거쳐 크롬을 설계 정보에 따라 제거하여 석영판(11)의 빛 투과와 크롬막(12)의 빛 차단 특성을 활용하여 반도체 리소그래피 공정에 응용하여 웨이퍼 포토레지스트에 미세 패턴을 형성한다.
그러나, 상술한 종래기술은 반도체 소자 제조 공정별 다수의 마스크를 제작 및 관리해야 한다는 어려움과 설계 변경시 매번 마스크 제작시 소요되는 기간을 기다려야 한다는 단점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 크롬막과 석영기판을 이용하는 마스크의 제조 공정별 제작 및 관리함에 따른 어려움과 설계 변경에 따른 기간 소요를 억제하는데 적합한 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술의 포토마스크를 도시한 도면,
도 2는 인가전압에 따른 광투과율 특성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정의 광투과 원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정마스크를 도시한 도면,
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
21a : 제1액정판 21b : 제1투명전극
22 : 액정 23a : 제2액정판
23b : 제2투명전극 24 : 수평편광판
25 : 수직편광판 26 : 그물망
27 : 설계정보입력단 28 : 전압인가장치
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정마스크는 회전방향이 90°차이를 갖는 수평편광판과 수직 편광판, 상기 수평편광판과 수직편광판 사이에 위치하며, 액정을 사이에 두고 투명전극이 서로 대향하고 상기 투명전극상에 액정판이 구비된 상부마스크와 하부마스크, 상기 투명전극의 일측에 연결되어 설계 정보를 제공하는 설계정보입력단, 및 상기 투명전극의 타측에 연결되어 상기 설계정보입력단으로부터 제공된 설계 정보에 따라 상기 투명전극의 설정영역에 전압을 인가하는 전압인가단을 포함하여, 상기 액정을 통하여 상기 전압이 인가된 설정영역에 입사된 노광원을 90°편광시켜 웨이퍼상에 전달하는 것을 특징으로 한다.
상기, 투명전극은 노광원의 투과율이 우수한 전극이며, 전자빔 리소그래피 기술을 사용하여 얇은 크롬막(Cr) 또는 크롬산화물(Cr-oxide)을 그물망 형태로 패터닝하여 선택적으로 편광상태를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명은 액정(Liquid crystal)을 이용한 마스크를 제공한다.
먼저, 액정의 광투과 원리를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에서, 액정(12)을 사이에 두고 상부마스크(11a)와 하부마스크(11b)가 구비되고, 상부마스크(11a)와 하부마스크(11b)는 전압공급장치(13)에 의해 전압이 공급되며, 상부마스크(11a) 상부에 수평편광판(14a)이 구비되고, 하부마스크 하부에 수직편광판(14b)이 구비된다.
상술한 구성에 의하면, 상부마스크(11a)와 하부마스크(11b) 사이에 전압이 인가되면 액정(12)의 특성상 가해준 전압 방향으로 액정(12)이 규칙적으로 배열된다.
따라서, 입력되는 노광원(10)이 수평편광판(14a)을 지나면서 일정한 편광 상태로 정렬되고, 상부 마스크(11a)에 빛이 액정(12)을 따라 진행하면서 편광 방향이 90°회전하게 된다.
결국, 편광 방향이 회전된 노광원이 하부 마스크(11b)에 도달하게 되어 수직 편광판(14b)을 통과하여 웨이퍼상의 포토레지스트에 빛 정보를 전달할 수 있다.
이때, 전압의 공급이 끊어지면 액정(12)이 무질서하게 배열되어 상부와 하부의 90°차이를 갖는 편광판을 통과하지 못한다.
따라서, 일정 전압 이상이 되어야 노광원의 투과율을 유지할 수 있는데 이러한 인가 전압과 빛 투과율과의 관계를 도 3에 도시하였다.
도 3에서 x축은 전압을 나타낸 것으로 화살표 방향으로 전압이 증가하면 노광원의 투과율을 나타내는 y축이 일정전압(Threshold voltage;VT) 이상에서 화살표 방향으로 증가함을 알 수 있다.
즉, 액정은 인가 전압에 대해 히스테리 곡선의 응답 특성을 갖고 있다.
이러한 액정의 광투과 특성을 응용하여 리소그래피의 마스크 공정에 적용가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피용 액정마스크를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 네마틱(nematic) 등의 액정(22)을 사이에 두고 제1액정판(21a)과 제1투명전극(21b)으로 이루어진 상부 마스크(21)와 제2액정판(23a)과 제2투명전극(23b)으로 이루어진 하부 마스크(23)가 구비되고, 상부 마스크(21) 상에 수평편광판(24)이 하부 마스크(23) 하부에 수직편광판(25)이 구비된다.
여기서, 상부마스크(21)와 하부마스크(23)에서, 제1투명전극(21b)과 제2투명전극(23b)은 노광원의 투과율이 우수한 전극이며, 전자빔 리소그래피 기술을 사용하여 얇은 크롬막(Cr) 또는 크롬산화물(Cr-oxide)을 그물망(26) 형태로 패터닝하여 선택적으로 편광상태를 결정한다.
한편, 제1투명전극(21b)과 제2투명전극(23b)으로 이용되는 크롬막 또는 크롬산화물은 노광장치의 파장 특성을 고려하여 UV 투과성을 유지하기 위해 10Å∼1000Å의 두께를 갖는다.
그리고, 제1투명전극(21b)과 제2투명전극(23b)의 일측 사이에 노광원(20)에 대한 응답 및 편광특성이 뛰어나며, 설계 정보를 입력할 수 있는 설계정보입력단(27)이 구비되고, 설계정보에 따라 제1투명전극과 제2투명전극의 설정영역(각 층의 패터닝 정보에 따른 노광원의 웨이퍼로의 입사 위치)에 전압을 공급하는 전압인가장치(28)가 제1투명전극(21b)과 제2투명전극(23b)의 타측에 연결된다.
이와 같이, 제1투명전극(21a) 및 제2투명전극(23b)에 설계정보입력단(27)을 통해 설계 데이터가 입력되면, 특정 위치에 전압을 인가할지의 여부를 조정할 수 있다.
즉, 설계 정보에 따라 전압인가장치(28)에 의해 인가되는 전압은 가변적으로 설계정보에 따른 특정 위치에 인가할 수 있도록 하여 통상적인 하프톤 위상반전마스크(Half tone Phase Shift Mask)의 역할을 하도록 한다.
그리고, 제1투명전극(21b)과 제2투명전극(23b)은 지지대(29)에 의해 지지되고 있고, 아울러 지지대(29)는 액정(22)이 있을 물리적 공간 확보용으로 제1투명전극(21b)과 제2투명전극(23b)의 간격을 확보한다.
따라서, 지지대(29)의 높이에 따라 인가 전압의 세기가 변화된다.
한편, 도 4의 액정마스크에서의 해상력은 분자 단위의 액정(22)보다는 제1,2투명전극(21b,23b)을 얼마나 작게 패터닝할 수 있느냐에 따라 결정되고, 제1,2투명전극(21b,23b)을 전자빔 리소그래피로 제작시 해상력에 초점을 맞추면 통상의 해상력보다 우수한 해상력을 확보할 수 있다.
도 4에 도시된 액정마스크를 이용한 리소그래피 공정은, 입사되는 노광원(20)은 수평 편광판(24)에 의해 일정하게 편광되어 정렬되고 제1액정판(21a)과 제1투명전극(21b)를 지나게 된다.
이때, 노광원(20)으로는 G(λ=365㎚), I-line(λ=365㎚), KrF(λ=248㎚)을 이용한다.
그리고, 제1투명전극(21b)을 투과한 노광원(20)은 액정(22)에 입사되어 제1투명전극(21b)에 인가된 전압 유무에 따라 액정(22)을 통하여 제2투명전극(23b) 및 제2액정판(23a)에 도달한다.
이때, 제2액정판(23a)까지 도달하는 노광원(20)은 제1 및 제2투명전극(21b,23b)에 전압이 인가된 경우로서 액정(22)을 통과하면서 편광 방향이 90°회전되며, 지지대(29)의 높이에 따라 인가 전압의 세기가 변화된다.
그리고, 제2액정판(23a)을 투과한 노광원(20)은 수직 편광판(25)을 통과하여 웨이퍼상의 포토레지스트의 패턴 형성에 활용한다.
상술한 본 발명은 투명전극으로 사용하는 크롬막의 두께만 얇게 유지하면 통상의 마스크 제조 장치를 그대로 활용하면서 노광원의 투과성과 전도성을 동시에 유지할 수 있다.
결과적으로, 반도체소자의 각 층에 해당하는 설계 정보를 제1및 제2투명전극의 설정영역에 인가되는 전압으로 디지털화하여 입력하고, 액정을 통하여 전압이 인가된 설정영역의 노광원을 90°편광시켜 웨이퍼상에 전달하므로 통상의 리소그래피에서 사용하는 마스크와 동일한 기능을 할 수 있다.
또한, 전압 인가 위치를 프로그램하여 변경 가능하므로 1개의 마스크를 가지고 다양한 반도체 소자 공정 및 제품에 적용할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은 수직 및 수평 편광판과 액정을 도입하므로써 1개의 마스크로 다수의 층을 패터닝할 수 있는 효과가 있다.
또한, 투명전극을 전자빔 리소그래피로 제작시 해상력에 초점을 맞추므로써 해상력 한계를 극복할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 마스크의 크기를 자유롭게 증가시킬 수 있어 넓은 필드를 노광할 수 있으므로 웨이퍼 노광 쓰루풋(throughput)을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 리소그래피의 여러 마스크를 단일 마스크로 제작하므로써 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 노광원을 패터닝을 위한 웨이퍼상에 전달하는 마스크에 있어서,
    회전방향이 90°차이를 갖는 수평편광판과 수직 편광판;
    상기 수평편광판과 수직편광판 사이에 위치하며, 액정을 사이에 두고 투명전극이 서로 대향하고 상기 투명전극상에 액정판이 구비된 상부마스크와 하부마스크;
    상기 투명전극의 일측에 연결되어 설계 정보를 제공하는 설계정보입력단; 및
    상기 투명전극의 타측에 연결되어 상기 설계정보입력단으로부터 제공된 설계 정보에 따라 상기 투명전극의 설정영역에 전압을 인가하는 전압인가단을 포함하여,
    상기 액정을 통하여 상기 전압이 인가된 설정영역에 입사된 노광원을 90°편광시켜 웨이퍼상에 전달하는 것을 특징으로 하는 액정마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부마스크의 투명전극과 상기 하부마스크의 투명전극을 지지하며 상기 액정이 위치하는 물리적 공간을 제공하는 지지대
    를 포함함을 특징으로 하는 액정마스크.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지대의 높이에 따라 상기 투명전극에 인가되는 전압의 세기가 가변되는 것을 특징으로 하는 액정마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명전극은 그물망 형태인 것을 특징으로 하는 액정마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명전극은 크롬 또는 크롬산화막인 것을 특징으로 하는 액정마스크.
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