KR20030094737A - 반도체 장치의 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 패턴을 형성하기 위한 노광 장치 및 노광 방법이 개시되어 있다. 상기 노광 장치는 광을 생성하는 광원과 상기 광의 진행 방향과 수직되게 위치하고, 상기 광을 선택적으로 통과시키기 위한 에퍼처 플레이트가 구비되어 있다. 상기 에퍼처 플레이트를 틸트(Tilt)시켜 상기 에퍼처 플레이트를 통과하는 광량을 조절하기 위한 틸트 수단이 구비되어 있다. 상기 에퍼처 플레이트를 통과한 광을 레티클 상에 집광시키기 위한 집광 렌즈가 구비되어 있다. 상기 레티클을 통과한 광을 상기 기판 상에 축소 투영시키기 위한 투영 렌즈를 포함하고 있다. 따라서, 상기와 같은 구성요소를 포함하는 장치는 광량의 손실을 방지할 수 있어서, 반도체 장치의 제조 공정에서 생산성이 향상된다.

Description

반도체 장치의 노광 장치 및 노광 방법{apparatus for exposing a semiconductor device and method of exposing}

본 발명은 반도체 제조 공정의 노광 방법 및 노광 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 반도체 장치의 노광 공정에서 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 방법 및 노광 장치에 관한 것이다.

반도체 장치가 고집적화 및 고속화됨에 따라 미세 패턴의 형성이 요구되고 있으며, 각 패턴들의 넓이(width) 뿐만 아니라 패턴과 패턴 사이의 간격(space)도 현저하게 감소하고 있다. 그러므로, 높은 해상도와 적당한 초점 심도(DOF; Depth-of-Focus)가 필요하고, 이에 따라 서브 하프 미크론(Sub-half micron) 패턴을 형성하기 위하여 많은 새로운 기술이 개발되고 있다.

상기 해상도가 높은 패턴을 형성하기 위한 노광 장치에 대한 일 예가 일본공개특허 평7-254544호(SAITO MASATO)에 기재되어 있다. 상기 노광 장치는 조명계 내의 제1에퍼처와 제2에퍼처에 의해 띠 모양의 빔을 성형하고, 상기 빔을 시료면 위치에 형성된 금속 패턴 상에 주사한다. 그리고, 금속 패턴에 의해 반사된 전자를 전자 검출기를 이용하여 검출하고, 성형 빔의 형상을 인식하는 수단과, 인식된 성형 빔의 대변 부분의 평행도가 유지되도록 각각 에퍼처의 회전 각도를 조정하므로써 안정된 정밀도로 에퍼처 회전각도 조정을 고속으로 할 수 있는 장치이다.

도 1은 종래의 투영 노광 장치를 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 상기 노광 장치는 광원(10), 정렬 렌즈(12), 에퍼처 플레이트(14), 집광 렌즈(16), 레티클(18), 프로젝션 렌즈(20) 및 스테이지(22)를 포함하고 있다.

상기 광원(10)은 기판 상에 형성된 포토레지스트 막을 노광하는데 필요한 광을 생성하고, 상기 정렬 렌즈(12)는 상기 광원으로부터 생성된 광을 제공받아 평행한 방향성을 갖는 광으로 형성한다.

상기 에퍼처 플레이트(14)는 상기 정렬 렌즈(12)를 통해 형성된 광을 제공받아 링 형상을 갖는 광을 형성하고, 상기 집광 렌즈(16)는 링 형상을 갖는 광을 제공받아 크롬으로 소정의 패턴이 형성된 레티클(18) 상에 집광시킨다.

그리고, 상기 프로젝션 렌즈(20)는 상기 레티클(18)을 투과되어 상기 레티클 패턴의 형상을 갖는 광을 기판 상에 축소 투영시키고, 상기 스테이지(20)는 포토레지스트 막이 증착된 기판을 지지한다.

도 2는 도 1에 도시된 에퍼처 플레이트로부터 생성된 광의 이미지 형상을 나타내는 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 투영 노광 장치를 이용하여 형성된 패턴의 이미지 형상을 나타내는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 상기 광원으로부터 생성된 광이 상기 에퍼처 플레이트를 통과하여 형성된 광의 이미지 형상으로서. 상기 광의 이미지 형상은 에퍼처 플레이트에는 링 형상의 구멍이 형성되어 있어 링 형상을 갖는 광이 형성된다.

도 3에 도시된 바에 의하면, 상기 링 형상을 갖는 광은 소정의 패턴이 형성된 레티클을 통과하여 소정의 이미지를 형성한다. 상기 이미지는 한쪽 방향이 긴 타원들이 등고선모양으로 연속적으로 형성되어 있는 형상을 갖는다.

그러나 상기 등고선모양으로 연속적으로 형성된 타원들은 서로 다른 피치를 갖기 때문에 에너지가 불 균일하여 광의 효율을 향상시키는 어려움이 있다.

따라서, 노광 시간이 현저하게 길어지고, 패턴 형성에 오차가 발생하여 해상도가 우수한 포토레지스트 패턴을 형성할 수 없는 문제점이 발생한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은 광의 이미지 상을 변화시킴으로서 상기 광의 효율성을 증가시키고, 서로 다른 피치를 갖는 패턴을 효과적으로 노광 하는데 적합한 노광 방법을 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 제2 목적은 광의 이미지 상을 변화시킴으로성 상기 광의 효율성을 증가시키고, 서로 다른 피치를 갖는 패턴을 효과적으로 노광 하는데 적합한 노광 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 노광 장치를 나타내는 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시된 에퍼처(Aperture)플레이트로부터 생성된 광의 이미지 형상을 나타내는 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 노광 장치를 이용하여 형성된 패턴의 이미지 형상을 나타내는 평면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 방법을 설명하기 위한 노광 장치를 나타내는 구성도이다.

도 5는 도 4에 도시된 에퍼처(Aperture)플레이트를 일정한 각도로 틸트(Tilt)시킨 상태를 나타내는 정면도이다.

도 6은 도 4에 도시된 에퍼처(Aperture)플레이트로부터 생성된 광의 이미지 형상을 나타내는 평면도이다.

도 7은 도 4에 도시된 노광 장치를 이용하여 형성된 패턴의 이미지 형상을 나타내는 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 광원110 : 정렬 렌즈

120 : 에퍼처 플레이트130 : 틸트 수단

140 : 집광 렌즈150 : 레티클

160 : 투영 렌즈170 : 스테이지

W : 기판

상기한 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 방법은,

광원으로부터 생성된 광을 선택적으로 통과시키고, 상기 광의 진행 방향과 수직되게 위치한 에퍼처 플레이트를 틸트(Tilt)시켜 노광 공정의 패턴 형상에 따라 적용되는 이미지 광을 형성하는 단계;

상기 이미지 광을 소정의 패턴이 형성된 레티클 상에 집광하는 단계; 및

상기 레티클 패턴을 통과한 이미지 광을 상기 기판 상에 투영시키는 단계를 포함하고 있다.

상기한 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 장치는,

포토레지스트 막에 제공되는 광을 생성하는 광원;

상기 광의 진행 방향과 수직되게 위치하고, 상기 광을 선택적으로 통과시키기 위한 에퍼처 플레이트;

상기 에퍼처 플레이트를 틸트(Tilt) 시키기 위한 틸트 수단;

상기 에퍼처 플레이트를 통과한 광을 소정의 패턴이 형성된 레티클 상에 집광시키기 위한 집광 렌즈; 및

상기 레티클에 집광된 광을 상기 포토레지스트 막이 도포된 기판 상에 축소 투영시키기 위한 투영 렌즈를 포함하고 있다.

따라서, 상기 노광 장치를 이용한 노광 방법은 에퍼처 플레이트를 일정한 방향으로 틸트시켜 타원형의 링 형상을 갖는 광을 형성하여, 보다 광 량의 에너지를 정밀하게 컨트롤할 수 있고, 해상도가 우수한 패턴을 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 방법을 설명하기 위한 노광 장치를 나타내는 구성도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 노광 장치는 광원(100), 정렬 렌즈(110), 에퍼처 플레이트(120), 틸트 수단(130), 집광 렌즈(140), 레티클(150), 투영렌즈(160) 및 기판 스테이지(170)를 포함하고 있다.

일반적인 투영 노광 방법에 있어서, 상기 광원(100)으로부터 생성된 광이 마이크로 렌즈들을 포함하는 정렬 렌즈(110)를 통하여 평행한 방향성 갖는 광이 형성된다. 상기 평행한 방향성을 갖는 광은 집광 렌즈(140)를 통하여 푸리에 변환면(Fourier transform plane)과 일치하도록 레티클(150) 상에 조사된다.

상기 푸리에 변환면 상에 조명된 광의 분포는 하나의 링 형상을 갖고, 0차 회절광(zero-order diffracted light)은 광축을 따라서 진행하고(수직 입사 성분), +1차와 -1차로 회절된 광(+1st and -1st order diffracted light)은 회절각(θ)을 갖고 진행하여(사입사 성분) 기판(W) 상에서 0차, +1차 및 -1차로 회절된 광이 서로 간섭하면서 이미지를 형성하게 된다.

상기 레티클(150)에 형성된 크롬 패턴이 미세할수록 광의 회절각(θ)은 증가하고, sinθ가 렌즈의 개구수(NA)보다 크다면, +1차 및 -1차로 회절된 광은 투영 렌즈(160)를 통과하지 않을 것이고, 0차로 회절된 광만이 통과하여 기판(W)의 표면에 도달하게 되고, 간섭은 일어나지 않는다. 이때, 최소의 해상도(R)는 다음과 같다.

R = λ/ 2NA

또한, 상기 레티클(150)상에 조명된 광은 레티클(118)상에 형성된 마스크 패턴(118a)에 의해서 회절되며, 0차 광은 광축에 대하여 회절각(θ)의 각으로 회절되고, +1차 및 -1차로 회절된 광의 경로와 광축과의 각은 다음과 같이 정의된다.

+ 1차 광의 각(θ1): sin(θ1) + sin (α) = λ/Pr

- 1차 광의 각(θ2): sin(θ2) - sin (α) = λ/Pr

여기서 상기 식의 Pr은 레티클 패턴 상에 형성된 라인 및 스페이스의 피치를 나타낸다.

먼저, 광원(100)은 반도체 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 막을 소정의 패턴의 형상을 갖도록 노광하는데 필요한 광(Light)을 생성한다. 상기 광원(100)으로는 ArF 엑시머 레이저, KrF 엑시머 레이저 등의 원자외선(DUV)파장을 갖는 광원과 F₂레이저, Ar₂레이저 등의 진공자외선(VUV)파장을 갖는 광원을 사용할 수 있다.

상기 광원(100)으로부터 생성된 광은 마이크로 렌즈(110a)들로 이루어진 정렬 렌즈(110)를 통하여 평행한 진행 방향을 갖는 광으로 전환된다.

상기 정렬 렌즈(110)를 통과하여 평행한 진행 방향을 갖는 광은 링 형상의 구멍(120a)이 형성된 에퍼처 플레이트(120)를 통과하여 링 형상의 이미지를 갖는 광을 형성한다.

본 발명의 에퍼처 플레이트(120)는 상기 광의 진행 방향과 수직되는 위치하고 있으므로 상기 에퍼처 플레이트(120)를 틸트(Tilt) 시키는 틸트 수단(130)은 상기 에퍼처 플레이트(120)를 통과하는 광 량을 패턴의 선폭과 방향에 따라 선택적으로 조절할 수 있다.

상기 광 량의 조절은 상기 에퍼처 플레이트(120)가 광의 진행 방향과 일정한 각도를 갖고 위치함에 따라 상기 링 형상의 광이 상기 소정의 각도에 따라 폭이 서로 다른 타원형 링 형상의 이미지를 갖는 광을 형성하는데 있다.

상기 틸트 수단(130)에 의해 상기 광의 량이 조절된 타원형 링 형상의 광은 집광 렌즈(140)의해 상기 포토레지스트 막의 노광 영역을 선택적으로 한정하기 위한 불투명한 크롬 패턴이 형성된 레티클(150) 상에서 집광된다.

상기 레티클(150)상에 입사된 광은 상기 레티클(150)을 통과하면서 회절되어 투영 렌즈(160)를 통과하게 된다. 그리고, 상기 레티클(150)과 투영 렌즈(160)를 순차적으로 통과한 광은 상기 포토레지스트 막이 형성된 기판(W) 상에 축소 투영된다.

이때, 상기 입사된 광 중에서 0차로 회절된 광 및 1차로 회절된 광은 상기 투영 렌즈(160)를 통과하게 되지만, -1차로 회절된 광은 상기 투영 렌즈(160)의 외부로 향하게 된다.

상기 투영 렌즈(160)를 통과한 0차로 회절된 광과 1차로 회절된 광은 기판(W)의 포토레지스트 막 상에서 간섭이 이루어져, 상기 포토레지스트 막에 소정의 노광 영역을 형성하여 반도체 장치의 패턴을 형성할 수 있다.

상기 포토레지스트 막이 형성된 기판(W)을 지지하고 있는 스테이지(170)는 상기 광을 제공받은 상기 포토레지스트 패턴을 정확하게 형성할 수 있도록 기판(W)을 Y축 방향과, Y축에 직교하는 X축 방향으로 정렬하는 역할을 한다.

도 5는 도 4에 도시된 에퍼처(Aperture)플레이트를 일정한 각도로 틸트(Tilt)시킨 상태를 나타내는 정면도이고, 도 6은 도 4에 도시된 에퍼처(Aperture)플레이트로부터 생성된 광의 이미지 형상을 나타내는 평면도이다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 상기 에퍼처 플레이트(120)는 원형의 플레이트상에 링 형상의 구멍이 형성되어 있다. 상기 에퍼처 플레이트(120)에 형성된 링 형상의 구멍은 광원으로 제공된 광을 일부만 통과시킨다.

상기 에퍼처 플레이트(120)의 링 형상의 구멍의 폭(A)는 상기 에퍼처 플레이트(120)의 내부 반경(p2)을 감소시키거나, 외부 반경(p1)을 증가시킴으로서 조절할 수 있다.

상기 에퍼처 플레이트(120)는 상기 광의 진행 방향과 수직되게 위치하여 있는데 상기 틸트 수단으로 인해 1 내지 90°로 각도 내에서 틸트(Tilt)되어 상기 에퍼처 플레이트(120)를 통과하는 광 량이 조절된다.

상기 도5b와 같이 상기 에퍼처 플레이트(120)가 약 30°로 틸트(Tilt)되어 위치할 때 상기 에퍼처 플레이트(120) 상으로 진행 방향을 갖는 광이 통과하면, 상기 광의 이미지는 정사영 원리에 의해 상기 에퍼쳐 플레이트의 구멍의 폭(A)보다 작은 폭을 갖는 타원형의 광 이미지가 형성된다.

상기 정사형의 원리를 나타내는 식은 B = A·COS θ이다.

여기서 A는 에퍼처 플레이트에 형성된 구멍의 폭이고, θ는 상기 에퍼처 플레이트가 기울어져 위치한 30°각도이다.

도 7은 도 4에 도시된 노광 장치를 이용하여 형성된 패턴의 이미지 형상을 나타내는 평면도이다.

도 7에 도시된 바에 의하면, 상기 타원형 링 형상을 갖는 광은 소정의 패턴이 형성된 레티클을 통과하여 소정 패턴의 이미지를 형성한다. 상기 이미지는 한쪽 방향이 긴 타원들이 등고선모양으로 연속적으로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 그리고, 상기 등고선모양으로 연속적으로 형성된 타원들은 서로 균일한 선폭을 갖기 때문에 상기 광의 에너지 파장이 균일하여 것을 볼 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 노광 장치는 광원에서 제공된 광을 효과적으로 조절할 수 있으므로 포토레지스트 패턴을 노광하는데 사용되는 광 량을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 상기 노광 방법은 렌즈 및 조명계를 변형시키지 않고, 단순하게 정렬 렌즈 다음에 구성된 에퍼처 플레이트의 위치를 조정함으로써 라인(Line)과 스페이스(Space)가 반복적으로 형성된 패턴에서의 초점 심도(DOF) 및 해상도의 향상을 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 광원에서 생성된 광을 선택적으로 통과시키고, 상기 광의 진행 방향과 수직되게 위치한 에퍼처 플레이트를 틸트(Tilt)시켜 노광 공정의 패턴 형상에 따라 적용되는 이미지 광을 형성하는 단계;

   상기 이미지 광을 소정의 패턴이 형성된 레티클 상에 집광하는 단계; 및

   상기 레티클 패턴을 통과한 이미지 광을 상기 기판 상에 투영시키는 단계를 포함하는 노광 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광원으로부터 생성된 광을 평행한 방향성을 갖는 광으로 전환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 에퍼처 플레이트의 틸트(Tilt) 각도는 1 내지 90°인것을 특징으로 하는 노광 방법.
4. 포토레지스트 막에 제공되는 광을 생성하는 광원;

   상기 광의 진행 방향과 수직되게 위치하고, 상기 광을 선택적으로 통과시키기 위한 에퍼처 플레이트;

   상기 에퍼처 플레이트를 틸트(Tilt)시키기 위한 틸트 수단;

   상기 에퍼처 플레이트를 통과한 광을 소정의 패턴이 형성된 레티클 상에 집광시키기 위한 집광 렌즈; 및

   상기 레티클에 집광된 광을 상기 포토레지스트 막이 도포된 기판 상에 축소 투영시키기 위한 투영 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 광원과 상기 에퍼처 플레이트 사이에 구비되고, 상기 광원으로부터 생성된 광을 수렴하여 평행한 방향성을 갖는 광으로 전환시키기 위한 정렬 렌즈를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.