KR20040002452A - 위상 편이 마스크 이미징 성능을 개선하기 위한 장치와시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동공면을 갖고 위상 편이 마스크를 이용하는 포토리소그래피 시스템의 이미징 성능을 개선하는 방법을 제공한다. 위상 편이 마스크로부터의 광의 위상 에러부가 존재하는 위치에 동면의 일부가 위치한다. 개구는 그 동공면의 일부에 배치되어 있다. 특히, 위상 편이 마스크로부터의 광의 위상 에러부는 "0 차 누출"이라 칭하는 광의 0 차 부분이다. 0 차 누출을 방지함으로써 공칭 초점면의 상하에 위치한 포토레지스트를 노광하는 광 강도 변화를 현저히 완화한다. 이것은, 다시 웨이퍼상에 형성되는 선폭 변화를 감소시키게 된다.

Description

위상 편이 마스크 이미징 성능을 개선하기 위한 장치와 시스템 및 그 방법{APPARATUS AND SYSTEM FOR IMPROVING PHASE SHIFT MASK IMAGING PERFORMANCE AND ASSOCIATED METHODS}
본 발명은 위상 편이 마스크를 사용하며 동공면을 갖는 포토리소그래피 시스템에서 이미징 성능을 개선하는 방법에 관한 것이다.
보다 높은 밀도를 지원하기 위해 점진적으로 보다 작은 피쳐 크기를 갖는 장치를 구비하는 집적 회로(IC) 칩을 제조하는 기술은 계속 발전하는 포토리소그래피 방법에 의존한다. IC 칩 상에, 장치와 이 장치의 연결부는 주로 여러 단계에 걸쳐서 제조된다. 이러한 단계들은, 반도체 기판(즉, 웨이퍼)의 일부를 변경하는 프로세스를 포함한다. 각 단계에 있어서, 처리되는 일부는 웨이퍼의 나머지 부분으로부터 격리되어야 한다. 이것은 흔히 웨이퍼의 표면 상에 막층(즉, 포토레지스트)을 부착하여 그 포토레지스트를 광 패턴에 노광함으로써 달성된다. 이 패턴은 처리되는 웨이퍼의 부분을 나머지 부분으로부터 구별한다. 광 패턴은, 전형적으로 그 패턴이 불투명한 부분과 투명한 부분으로 형성되는 마스크(예를 들어, 레티클)를 광이 관통함으로써 생성된다. 광이 레티클의 투명부를 관통할 때, 포토레지스트의 대응하는 부분이 노광된다. 포토레지스트의 노광되거나 노광되지 않은 부분(어느 한 부분만 해당)은 제거되어 가공될 웨이퍼의 기저부(underlying portion)는 노출시키게 된다. 웨이퍼의 나머지 부분은 나머지 포토레지스트에 의해 프로세스로부터 보호된다.
웨이퍼 상의 포토레지스트를 노광하도록 광이 레티클을 관통하게 하는 기계는 웨이퍼 스텝퍼 또는 웨이퍼 스캐너라 한다. 포토레지스트 상에 초미세한 치수의 레티클 패턴을 정확하게 표현하기 위해, 우수한 분해능 및 초점 심도를 지원할 수 있는 광원을 사용할 필요가 있다. 이러한 필요로 인해 포토리소그래피 응용에 대하여 레이저를 광원으로서 이용하게 되었다.
반면, IP 칩상에 제조되는 장치들의 밀도를 증가시키는 것은, 밀도가 클수록보다 작은 크기의 피쳐가 필요하기에 곤란하다. 레티클상의 보다 작은 패턴 치수, 특히, 선폭용 패턴 치수로 인하여 그 패턴을 통과하는 광(108)이 더욱 회절하게 된다. 웨이퍼에서, 이러한 보다 많은 광 회절은 스필오버(spillover)로서 나타날 수 있으며, 2개의 인접하는 피쳐로부터의 전자기 에너지 분포는 서로 합쳐져 서로를 구별하기 어렵다.
그러나, 위상 편이 마스크를 사용함으로써, 2개의 인접하는 피쳐로부터의 전자기 에너지 분포는 서로 이상(out of phase)이 된다. 광의 강도는 전자기 에너지 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례하기 때문에, 위상 편이 마스크를 이용하면, 그 2개의 인접하는 피쳐간의 최소 강도 점이 존재하게 될 것이며 따라서 이들 인접한 피쳐를 서로 구별할 수 있는 가능성이 증가한다.
또한, 위상 편이 마스크를 사용함으로써, 1/2 차 광은 종래의 포토리소그래피 시스템에서 사용되는 0 차 및 제1 차 광과는 달리 보강 간섭 방향이 된다. 1/2 차 광을 이용함으로써 레티클 상의 피쳐간의 간격이 줄어들 수 있다. 레티클 상의 피쳐간의 간격을 줄임으로써 1/2 차 광의 회절 각을 증가시킨다. 회절 각은, 1/2 차 광이 포토리소그래피 시스템의 조절 렌즈에 의해 포획되는 한 증가할 수 있다.
불행히도, 실행가능한 위상 편이 마스크를 구현하는 것은, 광 파장의 1/2의 홀수 배의 깊이(높이), 특정 폭, 및 레티클 상의 인접하는 피쳐로부터의 정밀한 간격을 갖는 레티클내에 (또는 레티클상에) 오목부(또는 볼록부)를 정밀하게 제조하는 기술에 의존한다. 이러한 기준으로부터 산포(deviation)가 존재할 때, 1/2 차광은 서로 완벽하게 이상이 아닐 수도 있기에 0 차 광은 상쇄 간섭에 의해 완벽하게 상쇄되지 않는다. 이러한 형상을 "0 차 누출(zero order leakage)"이라 한다.
0 차 누출로 인하여 공칭 초점면 아래 또는 위에 위치하는 포토레지스트를 노광하는 광 강도 산포가 발생할 수 있다. 이러한 강도 산포로 인하여 웨이퍼 상에 형성된 선폭에 산포가 발생할 수 있다. 이러한 웨이퍼 상에 형성된 선폭 산포는 제조되는 장치의 전기 또는 전자 특성에 악영향을 끼칠 수 있다.
따라서, 0 차 누출로 인하여 포토레지스트를 노광하는 광 강도의 산포가 발생하지 않는 방법이 필요하다. 바람직하게는, 이러한 방법을 쉽고도 저 비용으로 구현해야 한다.
도 1은 포토리소그래피 시스템(100)의 일예를 나타내는 블록도.
도 2a 및 2b는 광(108)이 면(R; 118)의 제1 투명부(202) 및 제2 투명부(204)을 통과한 후 회절 패턴이 어떻게 광(108)의 간섭성의 함수가 되는지를 나타내는 설명도.
도 3a 및 3b는 회절 패턴에 대하여 폭(d1)을 갖는 제1 투명부(202)의 효용성을 나타내는 설명도.
도 4는 회절 패턴에 대하여 폭(d2)을 갖는 제1 투명부(202)의 효용성을 나타내는 설명도(여기서 d2< d1).
도 5a 및 5b는 웨이퍼(114)상의 면(W; 120)의 점(A; 122, B; 124)에서의 회절 패턴을 나타내는 설명도.
도 6은 레티클(112)을 교번 위상 편이 마스크(600)로서 구현할 때 어떻게 회절 패턴이 변하는 것을 나타내는 설명도.
도 7은 교번 위상 편이 마스크(600)로 구현된 레티클(112)을 나타내는 설명도.
도 8은 회절 패턴에 대하여 폭(d2)을 갖는 위상 편이 투명부(602)의 효용성을 나타내는 설명도.
도 9는 제1 투명부(202) 및 위상 편이 투명부(602) 각각이 폭(d2)를 갖고 거리 s3만큼 분리될 때 웨이퍼(114)상의 면(W; 120)에서의 점(A; 122, B; 124)에서의 회절 패턴을 나타내는 설명도.
도 10은 광(108)의 부분이 위상 편이 투명부(602)로부터 방출될 때 발생한 토포그래피 현상을 나타내는 설명도.
도 11은 교번 위상 편이 마스크(600)로서 구현되는 레티클(112)로부터의 (-) 1/2 차, (+) 1/2 차, 및 0 차 누출 광의 경로를 나타내는 설명도.
도 12는 상이한 면에서 웨이퍼(114)와 충돌하는 (-) 1/2 차, (+) 1/2 차, 및 0 차 누출 광의 경로를 나타내는 설명도.
도 13a, 13b, 및 13c는, 상이한 면에서 웨이퍼(114)와 충돌하는 (-) 1/2 차, (+) 1/2 차, 및 0 차 누출 광의 회절 패턴을 나타내는 설명도.
도 14a, 14b, 및 14c는 0차 누출이 인쇄 라인 및 공간에 미치는 악영향을 나타내는 주사 전자 현미경 이미지 도.
도 15는 본 발명에 따른 포토리소그래피 시스템(1500)의 블록도.
도 16은 본 발명에 따른 차단 개구(1600)의 설명도.
도 17은 제2 물체(1702) 및 제3 물체(1703)와 동공면(116)에서의 광(108)의위상 에러 부분에서 제2 및 제3 물체(1702, 1704)를 지지하는 수단을 갖는 차단 개구(1700)를 나타낸 설명도.
도 18은 포토리소그래피 시스템에서의 이미징 성능을 개선하는 방법(1800)의 흐름도.
도 19는 포토리소그래피 시스템에서의 이미징 성능을 개선하는 방법(1900)의 흐름도.
본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하며, 도면에서 같은 참조 번호들은 동일하거나 기능적으로 유사한 소자를 나타낸다. 또한 도면에서, 각 참조 번호의 제일 좌측의 자리수(들)는 대체로 그 참조 번호가 처음으로 사용되는 도면 번호를 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
108 광 112 레티클
114 웨이퍼 116 동공면
202 제1 투명부 600 교번 위상 편이 마스크
602 위상 편이 투명부 1600 차단 개구
본 발명은 동공면을 갖고 위상 편이 마스크를 사용하는 포토리소그래피 시스템에서 이미징 성능을 개선하는 방법에 관한 것이다. 위상 편이 마스크를 이용하는 것과 관련된 0 차 누출 현상을 연구할 때, 본 발명자는 위상 편이 마스크의 제조 허용오차로 인한 산포에 더하여 0 차 누출의 주요 원인이 위상 편이 마스크 자체의 토포그래피로부터 발생한다는 점을 인식하였다. 위상 편이 마스크의 토포그래피는 0 차 광의 방향에서 보강 간섭하는 회절 모드를 추가로 발생한다.
또한 본 발명자는, 위상 편이 마스크를 사용할 때, 1/2 차 광이 보강 간섭의 바람직한 방향이 되고 다른 차수의 광은 동공면내의 상이한 영역에서 수렴한다는 것을 인식하였으며, 동공면에서 0 차 누출 광을 차단하는 방법을 발명하였으며, 이에 따라 위상 편이 마스크 이미징 성능을 개선하였다.
일실시예에서, 본 발명은 차단 개구(blocking aperture)를 포함한다. 이 차단 개구는 광 파장에 반투명한 물체 및 위상 편이 마스크를 이용하는 포토리소그래피 시스템의 동공면에서 실질적으로 광의 0 차 부분에서 상기 물체를 지지하는 수단을 갖는다. 이 수단은, 물체와 포토리소그래피 시스템간에 연결된 지지 아암, 에어 베어링 장치, 및 자기 부상 장치를 구비할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 이 물체는 그 광 파장에 대하여 불투명하여도 된다.
전형적으로, 물체의 영역은 동공면에서 광의 0 차 부분의 영역과 같거나 더 크다. 바람직하게는, 이 물체는 동공면에서의 광의 0 차 부분의 형태에 실질적으로 동일한 형태를 갖이어도 된다. 그 영역은 포토리소그래피 시스템의 광의 부분 간섭성 또는 포토리소그래피 시스템의 조절 렌즈의 개구수의 함수이다.
차단 개구는 광 파장에 반투명한 제2 물체, 및 동공면에서의 광의 위상 에러 부분에서 제2 물체를 지지하는 수단을 더 구비할 수 있다. 동공면에서의 광의 위상 에러 부분은 포토리소그래피 시스템에서 사용하는 레티클 패턴의 피치의 함수일 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 포토리소그래피 시스템을 포함한다. 이 포토리소그래피 시스템은 조명원, 제1 조절 렌즈, 차단 개구, 및 제2 조절 렌즈를 포함한다. 이 조명원은 광이 위상 편이 마스크를 관통하도록 할 수 있다. 제1 조절 렌즈는 광이 위상 편이 마스크를 관통하여 동공면에 수렴하도록 할 수 있다. 차단 개구는 실질적으로 동공면내에 위치하며 광의 일부를 차단할 수 있다. 제2 조절 렌즈는 광이 동공면으로부터 포토레지스트로 향하도록 방향을 재설정할 수 있다.
차단 개구는 차단 개구와, 포토리소그래피의 다른 부분, 에어 베어링 장치, 자기 부상 장치 등 사이에 연결된 지지 아암에 의해 지지될 수 있다. 차단 개구는 광 파장에 대하여 반투명하다. 바람직하게는, 이 차단 개구는 광 파장에 대하여 불투명하다.
차단 개구는 동공면에서 광의 0 차 부분에 위치한다. 전형적으로, 차단 개구 영역은 동공면에서 광의 0 차 부분의 영역과 동일하거나 더 크다. 바람직하게는, 차단 개구는 실질적으로 동공면에서 광의 0 차 부분의 형태에 대응하는 형태를 갖는다. 이 영역은 제1 조절 렌즈의 개구수 함수이거나 제1 조절 렌즈와 동공면 사이의 광의 부분 간섭성의 함수일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 포토리소그래피 시스템의 이미징 성능을 개선하는 방법을 포함한다. 동공면의 일부에서 위상 편이 마스크로부터의 광의 위상 에러 부분이 수렴한다. 개구를 동공면의 그 일부에 배치한다. 광의 위상 에러 부분은 광의 0 차 부분일 수 있다. 바람직하게는, 그 개구는 광 파장에 대하여 불투명하다. 또 바람직하게는, 그 개구로 인하여 광의 다른 부분이 동공면을 관통할 수 있는 것이어도 된다. 또 바람직하게는, 그 개구의 영역은 동공면의 그 일부 영역에 대응하는 것이어도 된다. 바람직하게는, 개구 형태는 동공면의 그 일부의 형태에 대응하는 것이어도 된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 포토리소그래피 시스템의 이미징 성능을 개선하는 방법을 포함한다. 파장을 갖는 광이 레티클을 통과할 때 그 파장을 갖는 광의 위상 에러 부분을 발생시킬 수 있는 패턴을 갖는 위상 편이 마스크를 구비한레티클을 선택한다. 위상 에러는 동공면에서의 차단 개구에서 수렴할 수 있다. 그 파장을 갖는 광은 상기 선택된 레티클을 관통하게 된다. 바람직하게는, 상기 선택된 레티클을 관통하는 광으로 포토레지스트를 노광하여도 된다.
실시예
본 발명은, 동공면을 갖고 위상 편이 마스크를 이용하는 포토리소그래피 시스템에서 이미징 성능을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다. 위상 편이 마스크를 이용하는 것과 관련된 0 차(zero order) 누출 현상을 연구할 때, 본 발명자는 위상 편이 마스크 제조시의 제조 허용오차 뿐만 아니라 0 차 누출의 주요원이 위상 편이 마스크 자체의 토포그래피로부터 발생한다는 점을 인식하였다. 위상 편이 마스크의 토포그래피는 0 차 광의 방향에 보강 간섭하는 회절의 추가 모드를 발생한다. 위상 편이 마스크를 사용할 때, 1/2 차(half order) 광은 보강 간섭의 바람직한 방향이며 상이한 차수의 광은 동공면내의 상이한 영역에서 수렴한다는 것을 또한 인식하였으며, 본 발명자는 동공면에서 0 차 누출을 방지하는 방법을 발명하여 위상 편이 마스크 성능을 개선하였다.
도 1은 포토리소그래피 시스템(100)을 예시하는 블록도이다. 포토리소그래피 시스템(100)은 조명원(102), 제1 조절 렌즈(104), 및 제2 조절 렌즈(106)를 포함한다. 조명원(102)은 광축(110)을 따라 진행하는 광(108)을 방출한다. 광(108)의 부분은 레티클(112)을 통과하여 웨이퍼(114)에 부착된 포토레지스트층으로 전사될 패턴을 복사한다. 제1 및 제2 조절 렌즈(104, 106)를 사용하여 IC내의 피쳐 크기로 광(108)의 부분을 포커싱한다. 흔히, 포토리소그래피 시스템(100)은 광(108)의 부분 모두가 통과하는 동공면(116)을 포함한다. 동공면(116)으로 인해사용자는 편리한 위치에서 광(108)의 부분 모두에 영향을 주는 방식으로 포토리소그래피 시스템(100)을 조절할 수 있다.
반면, IP 칩상에 제조되는 장치들의 밀도를 증가시키는 것은, 밀도가 클수록 보다 작은 크기의 피쳐가 필요하기에 곤란하다. 패턴 레티클(112)상의 더 작은 패턴 크기, 특히, 선폭으로 인하여 그 패턴을 통과하는 보다 많은 광(108)이 회절하게 된다. 회절은, 파동이 확산되어 작은 개구를 통과할 때 또는 장벽 근처를 통과할 때 휘어지는 파동의 성질이다. 주요 관심사는 회절이 "R"면(118)에서의 방출 레티클(112)을 투과할 때와 "W"면(120)에서의 웨이퍼(114)와 충돌할 때 사이의 광(108)의 부분에 영향을 주는 방식이다.
도 2a 및 2b는 광(108)이 R면(118)의 제1 투명부(202)와 제2 투명부(204)를 통해 통과한 후 회절 패턴이 어떻게 광(108)의 간섭성의 함수가 되는지를 나타낸다. 간섭은 간섭성 빔이 중첩하거나 교차할 때 발생하는 현상이다. 광은 전자기 에너지를 갖는 발진파로 이루어진다. 빔이 중첩되거나 교차할 때, 교차가 발생하는 곳에서의 광 강도는 이러한 곳에서 전자기 에너지를 갖는 파동의 상호작용에 의해 정해진 함수이다. 교차 빔이 높은 정도의 간섭성을 가질 때, 교차점에서의 광 강도는 전자기 에너지를 갖는 파 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례한다. 간섭성 빔이 실질적으로 교차점에서 동상(in phase)으로 존재할 때, 광 강도는 개별적인 각 빔이 기여하는 강도보다 크다. 교차점은 자신의 주변보다 밝게 보인다. 이것을 보강 간섭이라 한다. 그러나, 간섭성 빔이 교차점에서 현저하게 이상(out of phase)일 때, 광 강도는 개별적인 각 빔이 기여하는 강도보다 작다. 이 교차점은 자신의 주변보다 어둡게 보인다. 이것을 상쇄 간섭이라 한다.
도 2a에서, 광(108)은 파장 "λ"을 갖는다. 제1 및 제2 투명부(202, 204) 각각의 폭은 "d1"이다. 제1 및 제2 투명부(202, 204)는 거리 s1만큼 분리된다. 제1 파형(206)은 제1 투명부(202)로부터 발생하는 한편 제2 파형(208)은 제2 투명부(204)로부터 발생한다. 회절로 인하여 제1 및 제2 파형(206, 208)은 전파될 때 확산한다. 제1 및 제2 파형(206, 208)이 확산할 때, 이들은 교차한다.
거리 "s1"의 중간점에서 면(R; 118)상의 점(O; 210)으로부터, 제1 방향(212), 제2 방향(214), 및 제3 방향(216)이 나타난다. 제1 방향(212), 제2 방향(214), 및 제3 방향(216)인 각 방향을 따라, 제1 및 제2 파형(206, 208)이 교차하여 자신들의 파형이 교차한다. 제1 방향(212)은 면(R; 118)에 수직이다. 제1 점선(218)으로 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 동상이어서 제1 방향(212)을 따라 보강 간섭한다. 제2 점선(220)으로 나타낸 바와 같이, 제2 파형(208)은 파장(λ)만큼 제1 파형(206)보다 앞선다. 또한, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 동상이어서 제2 점선(220)에 수직하는 제2 점선(214)을 따라 보강 간섭한다. 유사하게, 제2 점선(222)으로 나타낸 바와 같이, 제1 파형(206)은 파장(λ)만큼 제2 파형(208)보다 앞선다. 또한, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 동상이어서 제3 점선(222)에 수직하는 제3 방향(216)을 따라 보강 간섭한다. 일반적으로, 보강 간섭의 방향은 아래의 수학식과 같이 구할수 있다.
s·sinθ= m·λ
여기서 θ는 보강 간섭의 방향과 제1 방향(212)사이의 점(O; 210)에서 형성되는 각이고, m 은 정수이다.
보강 간섭의 각 방향은 광의 차수(order)라 하며, m은 차수 번호(numeric order)를 나타낸다. 일반적으로, 광의 전파 방향에서 볼 때, 제1 방향(212)의 좌측으로의 광 차수는 (-) 차수인 반면, 제1 방향(212)의 우측으로의 광 차수는 (+) 차수이다. 따라서, 도 2a에서, 제1 방향(212)은 0 차 광이며, 제2 방향(214)은 (-) 제1 차이고, 제3 방향(216)은 (+) 제1 차이다. 광의 (-) 및 (+) 제1 차 각각에 대한 각(θ1)은 m=1일때의 수학식 1로부터 구한다. 다른 광 차수의 방향도 유사하게 구할 수 있다.
도 2b에서, 제1 및 제2 투명부(202, 204)는 거리 s2만큼 분리되며, 여기서 s2<s1이다. 도 2a와 비교할 때, 도 2b는 제1 및 제2 투명부(202, 204) 사이의 거리에 의해 회절 패턴이 변경되는 방식을 나타낸다. 수학식 1을 적용하여, 광의 (-) 및 (+) 제1 차는, 0 차 광이 있는 점(O; 210)에서 각(θ1')을 구하며, 이 때 θ1' > θ1이다.
또한, 도 2b는 점(O' 210)에서 제4 방향(224) 및 제5 방향(226)을 나타낸다.제4 및 제5 방향(224, 226)의 각각을 따라, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 교차하여 서로 이상이 된다. 제4 점선(228)으로 나타낸 바와 같이, 제2 파형(208)은 파장(λ)의 절반만큼 제1 파형(206)보다 앞선다. 여기서, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 이상이 되어 제4 점선(228)에 수직하는 제4 방향(224)을 따라 서로 상쇄 간섭한다. 유사하게, 제5 점선(230)으로 나타낸 바와 같이, 제1 파형(206)은 파장(λ)의 절반만큼 제2 파형(208)보다 앞선다. 여기서, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 이상이 되어 제5 점선(230)에 수직하는 제5 방향(226)을 따라 서로 상쇄 간섭한다. 상쇄 간섭의 각 방향은 광의 1/2 차(half order)라 한다. 따라서, 도 2b에서, 제4 방향(224)은 (-) 1/2 차 광이고 제5 방향(226)은 (+) 1/2 차 광이다. 광의 (-) 및 (+) 1/2 차의 각각에 대한 각(θ1/2)은 m=1/2 일때의 수학식 1으로부터 구한다.
도 1을 다시 참조하면, 제1 및 제2 투명부(202, 204) 각각으로부터 방출되는 광(108)의 0 차, (-) 제1 차, 및 (+) 제1 차 부분의 경로를 나타내고 있다. 제1 투명부(202)로부터 방출하는 광(108)의 부분을 제2 투명부(204)로부터 방출하는 광(108)의 부분와 구별하기 위해, 첨자를 이용한다. 따라서, 제1 투명부(202)로부터 방출하는 광(108)의 (-) 제1 차, 0 차, 및 (+) 제1 차 부분은 각각 "-1a", "0a", "+1a" 로 표시한다. 제2 투명부(204)로부터 방출하는 광(108)의 (-) 제1 차, 0 차, 및 (+) 제1 차 부분은 각각 "-1b", "0b", "+1b" 로 표시한다. 제1 및 제2 조절 렌즈(104, 106)는 이러한 차수의 광(108)을 웨이퍼(114)로 다시 향하게 한다. 웨이퍼(114)에서, 제1 투명부(202)로부터의 광(108)의 부분은 점(A; 122)에서 충돌하고 제2 투명부(204)로부터의 광(108)의 부분은 점(B; 124)에서 충돌한다. 점(A;122, B;124)은 거리(s1')에 의해 분리되며, 여기서 s1' < s1이다. 이러한 방식으로, 레티클(112)의 패턴을 서비미크론 미만의 치수로 줄여 웨이퍼(114)로 전사한다.
회절 패턴은 제1 및 제2 투명부(202, 204)의 각각의 폭(d)의 함수이다. 도 3a 및 3b는, 폭(d1)을 갖는 제1 투명부(202)가 회절 패턴에 영향을 주는 것을 나타낸다. 예시적인 목적에서, 제1 투명부(202)가 회절 패턴에 영향을 주는 것을 면(L; 302)에 나타내었다.
도 3a에서, 제1 광선(r1; 304)은 제1 투명부(202)의 최상위면으로부터 면(R; 118)을 벗어나는 한편, 제2 광선(r2; 306)은 제1 투명부(202)의 밑면으로부터 면(R; 118)을 벗어난다. 제1 광선(r1) 및 제2 광선(r2)은 점(P0; 308)에서 면(L; 302)에 충돌한다. 점(P0; 308)은 제1 투명부(202)의 중심에서 점(Z; 310)에 바로 맞은 편에 있다. 점(P0; 308)에 도달하기 위해, 제1 광선(r1; 304) 및 제2 광선(r2; 306)은 동일한 거리를 이동한다. 제1 광선(r1; 304) 및 제2 광선(r2; 306)의 파동은 서로 동상이며 보강 간섭하여 이들의 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합은 그래프(312)로 나타낸 바와 같이 점(P0; 308)에서 최대 전자기 에너지를 발생한다. 광(108)의 부분의 강도는 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례한다. 따라서, 점(P0; 308)은 그래프(314)로 나타낸 바와 같이 최대 강도이다.
도 3b에서, 제3 광선(r3; 316)은 제1 투명부(202)의 최상위면으로부터 면(R; 118)을 벗어나는 한편, 제4 광선(r4; 318)은 제1 투명부(202)의 밑면으로부터 면(R; 118)을 벗어난다. 제3 광선(r3; 316) 및 제4 광선(r4; 318)은 점(Pmini -; 320)에서 면(L; 302)에 충돌한다. 점(Pmini -; 320)에 도달하기 위해, 제3 광선(r3; 316) 및 제4 광선(r4; 318)은 상이한 거리를 이동한다. 제3 광선(r3; 316) 및 제4 광선(r4; 318)이 이동하는 거리 차는 파장(λ)의 절반의 홀수배이다. 제3 광선(r3; 316) 및 제4 광선(r4; 318)은 서로 이상이며 상쇄 간섭하여 이들의 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합에 의해 그래프(312)로 표시한 바와 같이 점(Pmini -; 320)에서 최소 전자기 에너지가 발생한다. 또한, 점(Pmini -; 320)은 그래프(314)로 표시한 바와 같이 최소 강도이다.
도 3b에서도, 제5 광선(r5; 322)은 제1 투명부(202)의 최상위면으로부터 면(R; 118)을 벗어나는 한편, 제6 광선(r6; 324)은 제1 투명부(202)의 밑면으로부터면(R; 118)을 벗어난다. 제5 광선(r5; 322) 및 제6 광선(r6; 324)은 점(PLMAX +; 326)에서 면(L; 302)에 충돌한다. 점(PLMAX +; 326)에 도달하기 위해, 제5 광선(r5; 322) 및 제6 광선(r6; 324)은 상이한 거리를 이동한다. 제5 광선(r5; 322) 및 제6 광선(r6; 324)이 이동한 거리 차이는 파장(λ)의 절반의 짝수배이다. 제5 광선(r5; 322) 및 제6 광선(r6; 324)은 서로 동상이며 보강 간섭하여 이들의 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합으로 인해 그래프(312)로 나타낸 바와 같이 점(PLMAX +; 326)에서 국부적 최대 에너지가 발생한다. 또한, 점(PLMAX +; 326)은 그래프(314)로 나타낸 바와 같이 국부적 최대 강도이다.
그래프(314)상에 나타낸 강도 패턴은 점(PO; 308)에서의 주요한 최대 강도 점에 대하여 대칭이다. 따라서, 점(Pmin1 -; 320)에 대칭하는 점("Pmin1 +; 328), 및 점(PLMAX1 +; 326)에 대칭하는 점("PLMAX1 -; 330)이 존재한다. 일반적으로, 최소 강도 점은 다음의 수학식 2에 의해 구할 수 있다.
dsinφ=nλ
여기서, φ는 최소 강도 점의 방향과 점(PO; 308) 사이의 각이고, n 은 0이 아닌 정수이다. 예를 들어, 점(Pmin1 -; 320)은 각 φmin1에 있다.
도 4는 회절 패턴에 대하여 폭 d2를 갖는 제1 투명부(202)의 분포를 나타내며, 여기서 d2< d1이다. 도 3a 및 3b와 비교할 때, 도 4는 제1 투명부(202)의 폭에 따라 회절 패턴이 어떻게 변하는 가를 나타낸다. 수학식 2를 적용하여, 제1 (-) 및 제1 (+) 최소 강도 점은 최소 강도 점의 방향과 점(P0; 308)간의 점(Z; 310)에서 각 φmin1을 형성하고, 여기서 φmin1' > φmin1이다. 따라서, 제1 투명부(202)의 광(108)의 부분의 전자기 에너지의 분포는 그래프(402)로 도시되고, 제1 투명부(202)의 광(108)의 부분의 강도의 분포는 그래프(404)로 도시된다. 여기서, 그래프(312, 314)의 피크는 그래프(402, 404)의 피크보다 첨예하다.
도 5a 및 5b는 웨이퍼(114)상의 면(W; 120)의 점(A; 122, B;124)에서의 회절 패턴을 나타낸다. 상기한 바와 같이, 제1 및 제2 조절 렌즈(104, 106)는 광(108)의 부분을 웨이퍼(114)로 향하게 한다. 웨이퍼(114)에서, 제1 투명부(202)로부터의 광(108)의 부분은 점(A; 122)에서 충돌하고 제2 투명부(204)로부터의 광(108)의 부분은 점(B; 124)에서 충돌한다.
도 5a는 제1 및 제2 투명부(202, 204) 각각이 폭(d1)을 갖고 거리(s1)에 의해 분리될 때의 회절 패턴을 나타낸다. 제1 투명부(202)로부터의 광(108)의 부분의전자기 에너지 분포는 도 3a 및 3b에서와 같이 그래프(312)로 도시된다. 최대 전자기 에너지 점은 점(A; 122)에 대향한다. 유사하게, 제2 투명부(204)로부터의 광(108)의 부분의 전자기 에너지 분포는 그래프(502)로 도시된다. 최대 전자기 에너지 점은 점(B; 124)에 대향한다. 그래프(312, 502)는 동일한 형태이지만, 거리 s1'만큼 벗어나게 된다. 광(108)의 부분의 강도는 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례한다. 따라서, 웨이퍼(114)에서 광(108)의 부분의 강도의 분포는 그래프(504)로서 도시되며, 이것은 그래프(312, 502)에 도시된 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱이다.
도 5b는 제1 및 제2 투명부(202, 204) 각각이 폭(d2)을 갖고 거리(s1)에 의해 분리될 때의 회절 패턴을 나타낸다. 제1 투명부(202)로부터의 광(108)의 부분의 전자기 에너지 분포는 도 4에서와 같이 그래프(402)로 도시된다. 또한, 최대 전자기 에너지 점은 점(A; 122)에 대향한다. 유사하게, 제2 투명부(204)로부터의 광(108)의 부분의 전자기 에너지 분포는 그래프(502)로 도시된다. 최대 전자기 에너지 점은 점(B; 124)에 대향한다. 또한, 그래프(402, 506)는 동일한 형태를 갖지만, 거리 s1'만큼 벗어나게 된다. 웨이퍼(114)에서 광(108)의 부분의 강도 분포는 그래프(508)로 도시되며, 이것은 그래프(402, 506)에 도시된 전자기 에너지 진폭의 벡터 합의 제곱이다.
그래프(504, 508)의 비교에 의하면 그래프(504)의 피크가 그래프(508)의 피크보다 첨예하다. 또한, 그래프(504)에서, 제1 투명부(202)로부터의 광(108)의 부분에 대응하는 피크는 제2 투명부(204)로부터의 광(10)의 일부에 대응하는 피크로부터 쉽게 식별될 수 있다. 반면, 그래프(508)에서, 2개의 피크는 서로 구별되기 힘든 방식으로 결합되는 경향이 있다. 이러한 상황을 스필오버(spillover)라 한다. 스필오버는 피쳐가 감소되어 웨이퍼(114)로 전사될 때 레티클(112) 패턴에서의 그 피쳐 간에 얻을 수 있는 분해능 정도를 저하시킨다. 또한, 상기한 도면을 살펴보면 예를 들어 거리(s)이 s1으로부터 s2로 감소될 때 더 많은 스필오버가 발생함을 알 수 있다. 따라서, 상기한 도면에서는, IC 칩상에 제조되는 장치들의 밀도를 증가시키는 것이 밀도가 클수록 더 작아지는 동일한 피쳐 크기에 의해 어렵게 된다는 점을 나타낸다.
스필오버를 줄이는 한 가지 방법은 교번하는 위상 편이 마스크를 이용하여 레티클(112)의 패턴에서 인접하는 피쳐의 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합을 줄이는 것이다. 도 6은 레티클(112)이 교번하는 위상 편이 마스크(600)로서 구현될 때 회절 패턴이 어떻게 변하는 가를 나타낸다. 교번 위상 편이 마스크(600)는 제1 투명부(202) 및 위상 편이 투명부(602)를 포함한다. 제1 투명부(202) 및 위상 편이 투명부(602) 각각은 폭(d2)을갖는다. 제1 투명부(202) 및 위상 편이 투명부(602)는 거리(s1)에 의해 분리된다. 또한, 위상 편이 투명부(602)는 면(R; 118)에 형성된 오목부를 갖는다는 특징이 있다. 이 오목부는 파장(λ)의 절반의 홀수 배만큼 면(R; 118)내부로 연장된다. (다른 방법으로, 위상 편이 투명부(602)는 면(118)상에 형성된 투명 볼록부를 갖도록 할 수 있으며, 이 볼록부는 파장(λ)의 절반의 홀수 배만큼 면(R; 118)을 벗어나 연장된다.)
도 6에서, 제1 파형(206)은 제1 투명부(202)로부터 방출되는 한편, 제2 파형(208)은 위상 편이 투명부(602)로부터 방출된다. 거리(s1)의 중간에서 면(R; 118)상의 점(O; 210)으로부터, 제1 방향(22), 제4 방향(224), 및 제5 방향(226)인 3개의 방향을 도시한다. 제1 방향(212)은 면(118)에 수직이다. 제1 점선(218)으로 나타낸 바와 같이, 제2 파형(208)은 제1 파형보다 파장(λ)의 절반만큼 앞선다. 여기서, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 이상이어서 제1 방향(212)을 따라 상쇄 간섭한다. 제4 점선(228)으로 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 동상이어서 제4 방향(224)을 따라 서로 보강 간섭하며, 이는 제4 점선(228)에 수직이다. 제1 점선(230)으로 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 서로 이상이어서 제5 방향(226)을 따라 보강 간섭하고, 이는 제5 점선(230)에 수직이다. (-) 및 (+) 1/2 차 각각에 대하여 점(O; 210)에서 형성된 각(θ1/2)는 m=1/2일 때의 수학식 1로부터 구한다.
도 6과 도 2a, 2b를 비교함으로써 도 6에서의 회절 패턴이 도 2a, 2b에서의 회절 패턴과 반대인 것을 알 수 있다. 도 2b에서, 0 차 광(제1 방향; 212)은 보강 간섭 방향으로 향하고 (-) 1/2 차 광(제4 방향; 224) 및 (+) 1/2 차 광(제5 방향; 226)은 상쇄 간섭 방향으로 향한다. 반면, 도 6에서, 0 차 광(제1 방향; 212)은 (도시하지 않은 (-) 제1 차 광 및 (+) 제1 차 광인) 상쇄 간섭 방향이 되고, (-) 1/2 차 광(제4 방향) 및 (+) 1/2 차 광(제5 방향; 226)은 보강 간섭 방향이 된다.
또한, 전체적으로 볼 때, 도 1, 2a, 2b, 6은 교번 위상 편이 마스크(60))의 제1 이점을 교시한다. 도 1은 제1 및 제2 투명부(202, 204)로부터의 제1 차 광(예를 들어, -1a, +1a, -1b, +1b) 각각이 각(θ1)으로 레티클(112)로부터 방출되는 것을 나타낸다. 제1 차 광은 보강 간섭 방향이다. 도 6은 교번 위상 편이 마스크를 이용하여 제1 차 광이 상쇄 간섭 방향이 되고 1/2 차 광이 보강 간섭 방향이 되는 것을 나타낸다. 도 6에서, 1/2 차 광 각각은 각(θ1/2')을 갖고, 이것은 각각의 제1 차 광에 대응하는 각(θ1')의 절반이다. 도 2a, 및 2b는 거리(s)이 예를 들어 s1으로부터 s2로 감소될 때 각(θ)이 θ1으로부터 θ1'로 증가하는 것을 나타낸다. 따라서, 도 1에서, 레티클(112)이 교번 위상 편이 마스크(600)로서 구현될 때, 거리(s)은 감소하여 각(θ)이 증가할 수 있다. 1/2 차 광이 제1 조절 렌즈(104)에 충돌되는 한, 각(θ)은 증가할 수 있다. 0 차 및 제1 차 광은 이제 상쇄 간섭 방향이기 때문에, 각(θ) 증가로 인하여 제1 차 광(예를 들어, -1a, +1b)의 일부가 조절 렌즈(104)에 충돌하지 않을 수 있다는 점은 문제되지 않는다. 레티클(112)을 교번 위상 편이 마스크(600)로서 구현할 때, 보강 간섭 방향을 향하는 1/2 차 광은 레티클(112)의 패턴을 웨이퍼(114)에 전사하는데 사용된다. 교번 위상 편이 마스크(600)로서 구현된 이러한 레티클(112)의 구성을 도 7에 도시한다. 도 7에서, 제1 투명부(202) 및 위상 편이 투명부(602)는 거리(s3)에 의해 분리되며, 여기서 s3< s1이다.
도 8은 회절 패턴에 대하여 폭(d2)을 갖는 위상 편이 투명부(602)의 효용성을 나타낸다. 도 8에서, 위상 편이 투명부(602)로부터의 광(108)의 부분의 전자기 에너지 분포는 그래프(802)로 도시된다. 그래프(802)는 도 4의 그래프(402)의 미러 이미지이다. 그러나, 광(108)의 부분 강도는 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례하기 때문에, 위상 편이 투명부(602)로부터의 광(108)의 부분 강도 분포는 도 4의 그래프(404)와 동일하다.
도 9는, 제1 투명부(202)와 위상 편이 투명부(602) 각각이 폭(d2)을 갖고 거리(s3)에 의해 분리될 때 웨이퍼(114)상의 면(W; 120)의 점(A; 122, B;124)에서의 회절 패턴을 나타낸다. 제1 투명부(202)로부터의 광(108)의 부분의 전자기 에너지 분포는 도 4의 그래프(402)와 같이 도시되어 있다. 최대 전자기 에너지 점은 점(A; 122)에 대향한다. 유사하게, 위상 편이 투명부(602)로부터의 광(108)의 부분의 전자기 에너지 분포는 그래프(802)로서 도시되어 있다. 최대 전자기 에너지 점은 점(B; 124)에 대향한다. 그래프(402, 802)는 미러 이미지 형태를 갖고 거리 s3'만큼 벗어나며, 이것은 제1 및 제2 조절 렌즈(104, 106)에 의해 발생한 거리(s3) 감소에 대응한다. 광(108)의 부분의 강도는 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례한다. 따라서, 웨이퍼(114)에서 광(108)의 부분 강도의 분포는 그래프(902)로 도시되며, 이것은 그래프(402, 802)로 도시한 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱이다.
(도 9의) 그래프(902) 및 (도 5b의) 그래프(508)를 비교함으로써그래프(902)의 피크가 그래프(508)의 피크보다 첨예하다는 것을 알 수 있다. 또한, 그래프(902)에서, 제1 투명부(202)로부터의 광(108)의 부분에 대응하는 피크는 위상 편이 투명부(602)로부터의 광(108)의 부분에 대응하는 피크로부터 더 쉽게 식별될 수 있다. 반면, 그래프(508)에서, 제1 및 제2 투명부(202, 204)로부터의 2개의 피크는 서로 식별되기 어려운 방식으로 결합되는 경향이 있다. 또한, 그래프(902)상의 피크는 거리(s3')에 의해 분리되고, 이것은 그래프(508)상의 피크 간의 거리 s1'보다 짧다. 따라서, 그래프(902)는 그래프(508)로 도시한 것보다 큰 분해능을 나타낸다. 이러한 보다 큰 분해능이 교번 위상 편이 마스크(600)의 제2 이점이다.
이론상으로는 교번 위상 편이 마스크(600)는 IC 칩상에 제조되는 장치 밀도는 더 많이 증가시킬 수 있지만, 제조 기술의 제한으로 인하여 이러한 방법는 효과가 없다. 실행가능한 교번 위상 편이 마스크(600)를 구현하는 것은, 파장(λ)의 절반의 홀수 배의 깊이(즉, 높이) 및 폭(d)을 갖는 레티클(112)내에 (또는 레티클상에) 오목부 (또는 볼록부)를 갖고 이 오목부가 거리(s)에 의해 인접하는 투명부(202)로부터 이격되는 위상 편이 투명부(602)를 정밀하게 제조하는 기술에 의존한다.
도 6을 참조하여 다시 설명하면, 상기한 기준으로부터의 산포가 존재할 때, 제1 및 제2 파형(206, 208)은 완전하게 이상이 아닐 수도 있다(즉, 제2 파형(208)이 제1 파형(206)보다 파장(λ)의 정확히 절반만큼 앞서지 않을 수 있다). 따라서, 교번 마스크 위상 마스크(600)에서 0 차 광(즉, 제1 방향(212))의 상쇄 간섭은 완벽하지 않을 수도 있다. 이 경우, 0 차 광은 무시할 수 없는 강도를 가질 수도 있다. 0 차 광에서의 이러한 불필요한 강도를 "0 차 누출(zero order leakage)"이라 한다.
또한, 교번 위상 시프트 마스크(600)가 완벽하게 제조되더라도, 얻어지는 토포그래피는, 0 차 광이 무시할 수 없는 강도를 갖게 하는 추가 회절 모드를 발생시킨다. 이러한 현상을 "토포그래피 현상(topographic effect)" 또는 "전송 라인 현상"이라 한다. 따라서, 소정 양의 0 차 누출은 교번 위상 편이 마스크(600)를 이용할 때 근본적으로 발생하는 것이다. 도 10은 광(108)의 부분이 위상 편이 투명부(602)로부터 방출될 때 발생하는 토포그래피 영향을 나타낸다.
도 10에서, 위상 편이 투명부(602)의 뒷벽(back wall; 1002)으로부터 방출되는 6개의 광선을 도시한다. 즉 제1 광선(ra; 1004), 제2 광선(rb, 1006), 제3 광선(rc, 1008), 제4 광선(rd; 1010), 제5 광선(re; 1012), 및 제6 광선(rf; 1014)이다. 제1, 제2, 및 제3 광선(ra; 1004, rb; 1006, rc;1008)은 (-) 방향으로 회절하는 한편, 제4, 제5, 및 제6 광선(rd; 1010,re; 1012, rf; 1014)은 (+) 방향으로 회절한다. 제1 및 제4 광선(ra; 1004, rd; 1010)은 도 8에 도시한 바와 같이 동일한 방식으로 위상 편이 투명부(602)로부터 전파된다. 반면, 제2 및 제3 광선(rb; 1006, rc:1008)은 (-) 측벽(1016)과 충돌하고 (+) 방향으로 방향 재설정된다. 유사하게,제5 및 제6 광선(re; 1012, rf; 1014)은 (+) 측벽(1018)과 충돌하고 (-) 방향으로 향하게 된다. 제2 및 제5 광선(rb; 1006, re; 1012)은 자신들의 교차점에서 보강 간섭한다. 유사하게, 제3 및 제6 광선(rc; 1008, rf; 1014)은 자신들의 교차점에서 보강 간섭한다. 제2 광선(rb, 1006), 제3 광선(rc, 1008), 제5 광선(re; 1012), 및 제6 광선(rf; 1014)의 방향 재설정의 최종 결과로서, 무시할 수 없는 강도를 갖는 광이 화살표(102)로 나타낸 바와 같이 0 차 방향으로 전파된다. 이것이 토포그래피 현상이다.
도 11은 교번 위상 편이 마스크(600)로서 구현되는 레티클(112)로부터의 (-) 1/2 차, (+) 1/2 차, 및 0 차 누출 광의 경로를 나타낸다.도 11에서, 제1 투명부(202) 및 위상 편이 투명부(602) 각각은 폭(d2)을 갖고 거리(s3)에 의해 분리된다. 제1 투명부(202)로부터 방출되는 광(108)의 부분을 위상 편이 투명부(602)로부터 방출되는 광(108)의 부분와 구별하기 위해, 첨자를 사용한다. 따라서, 제1 투명부(202)로부터 방출되는 광(108)의 (-) 1/2 차 및 (+) 1/2 차는 각각 "-1/2a" 및 "+1/2a" 로 한다. (-) 1/2 차 및 (+) 1/2 차(-1/2a, +1/2a)의 광 각각은 각(θ1/2")으로 제1 투명부(202)로부터 방출된다. 유사하게, 위상 편이 투명부(602)로부터 방출되는 광(108)의 (-) 1/2 차, (+) 1/2 차, 및 0 차 누출 부분은 각각 "-1/2b", "+1/2b", "01b" 로 한다. (-) 1/2 차 및 (+) 1/2 차(-1/2b,"+1/2b)의 광 각각은 각(θ1/2")으로 위상 편이 투명부(602)로부터 방출된다.
면(W; 120)에서 웨이퍼(114)와 충돌하는 광(108)의 부분에 대하여 설명하였지만, 당업자는 포토레지스트층을 단일 면으로 모델링하지 않도록 수백 나노미터로 측정되는 파장(λ)으로 웨이퍼(114)에 인가되는 포토레지스트층의 두께를 충분히 다양하게 변경할 수 있다. 실행가능한 포토리소그래피 시스템은 포토레지스트층이 실질적으로 면(W; 120)으로부터 벗어날 때에도 레티클(112)의 패턴을 축소시키고 이 패턴을 웨이퍼(114)에 전사할 수 있어야 한다.
도 12는 상이한 면에서 웨이퍼(114)와 충돌하는 (-) 1/2 차, (+) 1/2 차, 및 0 차 누출 광의 경로를 나타낸다. 도 12에서, 면(W; 120)은 공칭 초점면으로서 도시된다. 면(X; 1202)은 면(W; 120)에 평행하지만, 조명원(102)에 거리(D)만큼 떨어져 있다. 유사하게, 면(Y; 1204)은 면(W; 120)에 평행하지만, 조명원(102)으로부터 거리(D)만큼 더 근접해 있다. (-) 1/2 차 광(-1/2a), (+) 1/2 차 광(+1/2a), (-) 1/2 차 광(-1/2b), (+) 1/2 차 광(+1/2b), 및 0 차 누출 광(01b) 각각은 광(108)의 부분의 파장(λ) 주기에서의 위상을 나타내는 점으로 도시된다. 이러한 점은 (0으로부터 내려가는) "f", (최소인)"m", (0으로부터 상승하는) "r", (최대) "M" 으로 표시한다. 파장(λ)은 광(108)의 차수 부분중 하나 상의 2개의 공통 위상 점(예를 들어, f 에서 f)간의 거리에 대응한다.
제1 투명부(202)로부터 방출되는 광(108)의 부분을 위상 편이 투명부(602)로부터 방출되는 광(108)의 부분와 구별하기 위해, 첨자를 사용한다. 따라서, (+)1/2 차 광(+1/2a)에 대하여, 파장(λ)은 "f+1/2a"로부터 "m+1/2a", "r+1/2a", "M+1/2a", "f+1/2a"로 전파된다. 유사하게, (-) 1/2 차 광(-1/2a)에 대하여, 파장(λ)은 "f-1/2a"으로부터 "m-1/2a", "r-1/2a", "M-1/2a", "f-1/2a"로 전파된다. 유사하게, (+) 1/2 차 광(+1/2b)에 대하여, 파장(λ)은 "f+1/2b"로부터 "m+1/2b", "r+1/2b", "M+1/2b", "f+1/2b"로 전파된다. 또한, (-) 1/2 차 광(-1/2b)에 대하여, 파장(λ)은 "f-1/2b"으로부터 "m-1/2b", "r-1/2b", "M-1/2b", "f-1/2b"로 전파된다. 마지막으로, 0 차 누출 광(01b)에 대하여, 파장(λ)은 "r01b"(도시하지 않음)로부터 "M01b", "f01b", "m01b", "r01b"(도시하지 않음)로 전파된다.
도 12를 살펴보면, (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2a, +1/2a)은 서로 동상이며, (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)도 서로 동상임을 알 수 있다.
요약하면, 제1 투명부(202)로부터 방출하는 (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2a, +1/2a), 및 위상 편이 투명부(602)로부터 방출하는 (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)은 서로 이상이다. 이것은 도 9의 그래프(402, 802)의 형태로서 나타난다.
그러나, 위상 편이 투명부(602)로부터 방출하는 (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)과 0 차 누출 광(01b)을 비교하면, 광의 이러한 3개 부분은 실질적으로 면(X; 1202)에서 서로 동상이지만, 0 차 누출 광(01b)은 실질적으로 면(Y; 1204)에서 (-)및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)과 이상이다.
도 13a, 13b, 13c는, (-) 1/2 차, (+) 1/2 차, 및 0 차 누출 광의 경로가 상이한 면에서 웨이퍼(114)와 충돌할 때 발생하는 회절 패턴을 나타낸다.
도 13a는 면(W; 120)에서 위상 편이 투명부(602)로부터 회절 패턴으로 방출하는 0 차 누출 광(01b) 분포를 나타낸다. 광의 1/2 차 부분(-1/2a, +1/2a)의 전자기 에너지 분포는 도 4에서 그래프(402)로 도시된다. 유사하게, 위상 투명부(602)로부터의 광의 1/2 차 부분(-1/2b, +1/2b)의 전자기 에너지 분포는 도 8에서 그래프(802)로 도시된다. 또한, 위상 편이 투명부(602)로부터의 0 차 누출 광(01b)의 전자기 에너지 분포는 그래프(1302)로서 도시된다. 광(108)의 부분 강도는 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례한다. 따라서, 면(W; 108)에서 광(108)의 부분 강도 분포는 그래프(1304)로서 도시되며, 이것은 그래프(402, 802, 1302)로 도시된 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱이다.
그래프(802)에 도시된 전자기 에너지의 분포는 (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)이 서로 매우 근접할 때 발생하기 때문에(도 12 참조), 그래프(1302)에 도시된 전자기 에너지 분포는 그래프(1304)에 도시된 바와 같이 면(W; 120)에서 광(108)의 부분 강도 분포에 거의 영향을 주지 않는다. (도 13a의) 그래프(1304) 및 (도 9의) 그래프(902)를 비교하면, 양쪽 그래프가 2개의 피크로 특징지워진 유사한 형태를 갖는다. 즉, 피크("K"; 1306) 및 피크("L"; 1308)이다. 각 피크의 높이는 "h"이다.
도 13b는 면(X; 1202)에서 위상 편이 투명부(602)로부터 회절 패턴으로 방출하는 0 차 누출 광(01b)의 효용성을 나타낸다. 도 13a에 도시된 바와 같이, 제1 투명부(202)로부터의 광의 1/2 차 부분(-1/2a, +1/2a)의 전자기 에너지 분포는 도 4에서 그래프(402)로 도시된다. 위상 편이 투명부(602)로부터의 광의 1/2 차 부분(-1/2b, +1/2b)의 전자기 에너지 분포는 도 8에서 그래프(802)로 도시된다. 그리고, 위상 편이 투명부(602)로부터의 0 차 누출 광(01b)의 전자기 에너지 분포는 그래프(1302)로 도시된다. 광(108)의 부분 강도는 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례한다. 따라서, 면(X; 1202)에서 광(108)의 부분 강도의 분포는 그래프(1310)로 도시되며, 이것은 그래프(402, 802, 1302)로 도시된 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱이다.
그러나, 그래프(802)에 도시된 전자기 에너지의 분포는 (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)이 그들 사이에 약간의 거리를 가질 때 발생하기 때문에(도 12 참조), 그래프(1302)에 도시된 전자기 에너지의 분포는 그래프(1310)에 도시된 바와 같이 면(X; 1202)에서 광(108)의 부분 강도 분포에 영향을 끼친다. 여기서, 위상 편이 투명부(602)로부터 발생하는 0 차 누출 광(01b), (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)은 실질적으로 서로 동상이기 때문에, 그래프(802, 1302)로 도시된 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합은 그래프(1302)에 도시된 전자기 에너지의 진폭보다크다. (도 13b)의 그래프(1310)와 (도 13a)의 그래프(1304)를 비교하면, 양쪽 그래프가 2개의 피크에 의해 특징을 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러나, 그래프(1310)에서, 피크(L; 1308)의 높이는 h'인 한편, 피크(K; 1306)의 높이는 h이며, 여기서 h' > h 이다.
도 13c는 면(Y; 1204)에서 회절 패턴에 대하여 위상 편이 투명부(602)로부터 방출되는 0 차 누출 광(01b)의 효용성을 나타낸다. 도 13a, 13b에 도시한 바와 같이, 제1 투명부(202)로부터의 광의 1/2 차 부분(-1/2a, +1/2a)의 전자기 에너지 분포는 도 4의 그래프(402)로서 도시되고, 위상 편이 투명부(602)로부터의 광의 1/2 차 부분(-1/2b, +1/2b)의 전자기 에너지 분포는 도 8의 그래프(602)로서 도시되고, 위상 편이 투명부(602)로부터의 0 차 누출 광(01b)의 전자기 에너지 분포는 그래프(1302)로서 도시된다. 광(108)의 부분은 전자기 에너지 진폭의 벡터 합의 제곱에 비례한다. 따라서, 면(X; 1202)에서 광(108)의 부분 강도의 분포는 그래프(1312)로서 도시되고, 이것은 그래프(402, 802, 1302)로 도시한 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합의 제곱이다.
그러나, 그래프(802)로 도시한 전자기 에너지 분포는, (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)이 그들 사이에 약간의 거리를 가질 때 발생하기 때문에(도 12 참조), 그래프(1302)로 도시한 전자기 에너지 분포는 그래프(1308)로 도시한 바와 같이 면(Y; 1204)에서 광(108)의 부분 강도 분포에 영향을 끼친다. 여기서, 위상편이 투명부(602)로부터 방출하는 0 차 누출 광(01b), (-) 및 (+) 1/2 차 광(-1/2b, +1/2b)은 실질적으로 서로 이상이기 때문에, 그래프(802, 1302)로 도시한 전자기 에너지의 진폭의 벡터 합은 그래프(1302)에 도시한 전자기 에너지의 진폭보다 작다. (도 13c의) 그래프(1312)와 (도 13a의) 그래프(1304)를 비교하면, 양쪽 그래프가 2개의 피크에 의해 특징을 갖는다는 것을 알 수 있다. 그러나, 그래프(1312)에서, 피크(L; 1308)는 높이 h" 를 갖는 한편, 피크(K; 1306)는 높이 h 를 갖고, 여기서 h" < h 이다.
도 14a, 14b, 14c는 0 차 누출이 인쇄 라인과 공간 상에 가하는 악영향을 나타내는 것을 보여주는 주사 전자 현미경 이미지이다. 도 14a는 면(W; 120)에서 노광된 포토레지스트로부터 형성된 라인에 대응한다. 라인(1402)은 그래프(1304)상의 피크(K; 1306)에 대응하는 강도로 노광된 포토레지스트에 대응한다. 라인(1404)은 그래프(1304)상의 피크(L; 1308)에 대응하는 강도로 노광된 포토레지스트에 대응한다. 라인(1402, 1404)은 동일한 폭을 갖는다. 도 14b는 면(X; 1202)에서 노광된 포토레지스트로부터 형성된 라인에 대응한다. 라인(1402)은 그래프(1310)상의 피크(K; 1306)에 대응하는 강도로 노광된 포토레지스트에 대응한다. 라인(1404)은 그래프(1310)상의 피크(L; 1308)에 대응하는 강도로 노광된 포토레지스트에 대응한다. 라인(1402)은 라인(1404)보다 좁은 폭을 갖는다. 도 14c는 면(Y; 1204)에서 노광된 포토레지스트로부터 형성된 라인에 대응한다. 라인(1402)은 그래프(1312)상의 피크(K; 1306)에 대응하는 강도로 노광된 포토레지스트에 대응한다. 라인(1404)은 그래프(132)상의 피크(L; 1308)에 대응하는 강도로 노광된 포토레지스트에 대응한다. 라인(1402)은 라인(1404)보다 넓은 폭을 갖는다. 당업자는 웨이퍼(114)상에 형성된 선폭 산포가 제조되는 장치의 전기적 또는 전자석 특성에 악영향을 끼칠 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 주 관심사는 노광된 포토레지스트가 공칭 초점면 위에 또는 아래에 있는지 여부에 의존하는 산포의 위치 변화이다.
도 15는 본 발명에 따른 포토리소그래피 시스템(1500)의 블록도이다. 포토리소그래피 시스템(1500)은 조명원(102), 제1 조절 렌즈(104), 차단 개구(1502), 및 제2 조절 렌즈(106)를 포함한다. 조명원(102)은 광(108)이 레티클(112)의 교번 위상 편이 마스크(600)를 관통하도록 할 수 있다. 제1 조절 렌즈(104는 광(108)이 교번 위상 편이 마스크(600)로부터 동공면(116)에 수렴하도록 할 수 있다. 차단 개구(1502)는 실질적으로 동공면(116)내에 위치하며 광(108)의 부분을 차단할 수 있다. 제2 조절 렌즈(106)는 광(108)을 동공면(116)으로부터 (웨이퍼(116)상에 도시한) 포토레지스트로 방향 설정할 수 있다.
차단 개구(1502)는 차단 개구(1502)와, 포토리소그래피 시스템(1500)의 다른 부분, 에어 베어링 장치(도시하지 않음), 자기 부상 장치(도시하지 않음) 등 사이에 연결된 (도시하지 않은) 지지 아암에 의해 지지될 수 있다. 차단 개구(1502)는 광(108) 파장(λ)에 반투명하다. 바람직하게는, 차단 개구(1502)는 광(108) 파장(λ)에 불투명하여도 된다.
차단 개구(1502)는 동공면(116)에서 광(108)의 0 차 부분에 위치한다. 전형적으로, 차단 개구(1502)의 영역은 동공면(116)에서 광(108)의 0 차 부분(즉, 01b)의 영역과 같거나 더 넓다. 바람직하게는, 차단 개구(1502)는 동공면(116)에서 광(108)의 0 차 부분의 형태에 실질적으로 대응한다. 그 영역은 제1 조절 렌즈(104)의, 또는 제1 조절 렌즈(104)와 동공면(116)간의 광(108)의 부분 간섭성의 개구수 함수에 의해 정해질 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 차단 개구(1600)이다. 차단 개구(1600)는 광(108)의 파장 (λ)에 반투명한 물체(1602), 및 교번 위상 편이 마스크(600)를 이용하는 포토리소그래피 시스템(즉, 포토리소그래피 시스템(1500))의 동공면(116)에서 실질적으로 광(108)의 0 차 부분(01b)에서 물체(1602)를 지지하는 수단을 포함한다. 이 지지 수단은, 물체(1602)와, 포토리소그래피 시스템(도시하지 않음), 에어 베어링 장치(도시하지 않음), 및 자기 부상 장치(도시하지 않음)간에 연결된 지지 아암(1604)을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 물체(1602)는 광(108) 파장(λ)에 불투명하여도 된다.
전형적으로, 물체(1602) 영역은 동공면(116)에서 광(108)의 0 차 부분(즉, 01b)의 영역과 같거나 더 넓다. 바람직하게는, 물체(1602)는 동공면(116)에서 광(108)의 0 차 부분의 형태에 실질적으로 대응하여도 된다. 그 영역은 포토리소그래피 시스템의 조절 렌즈(즉, 제1 조절 렌즈(104))의 개구수 함수이거나, 포토리소그래피 시스템의 광(108)의 부분 간섭성 함수일 수 있다.
도 17은, 동공면(116)의 광(108)의 위상 에러 부분에서 제2 물체(1702), 제3물체(1704), 및 제2 및 제3 물체(1702, 1704)를 지지하는 수단과 함께 차단 개구(1700)를 나타낸다. 제2 및 제3 물체(1702, 1704)는 광(108) 파장(λ)에 대하여 반투명하다. 당업자는 추가 위상 에러가 존재할 수 있으며, 특히 포토리소그래피 시스템에 의해 사용되는 레티클(112) 패턴의 피치 함수로서 존재할 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 이러한 다른 위상 에러는 예를 들어 광의 3/4 차수와 같은 광의 다른 분수 차수와 관련될 수 있다. 차단 개구(1700)는 270 나노미터의 피치에서 90나노미터의 선폭을 갖는 패턴을 위해 도시되어 있다. 피치가 증가함에 따라, 제2 및 제3 물체(1702, 1704)는 물체(1602)쪽으로 더 가깝게 이동한다.
도 18은 포토리소그래피 시스템에서 이미징 성능을 개선하는 방법(1800)의 흐름도이다. 방법(1800)의 단계(1802)에서, 위상 편이 마스크로부터의 광의 위상 에러 부분이 수렴하는 곳에 동공면의 일부를 위치시킨다. 단계(1804)에서, 그 동공면의 위치시킨 곳에 개구를 배치한다. 광의 위상 에러 부분은 광의 0 차 부분일 수 있다. 바람직하게는, 개구는 광 파장에 불투명하여도 된다. 바람직하게는, 그 개구로 인하여 광의 다른 부분이 동공면을 관통할 수 있다. 바람직하게는, 개구 영역이 그 동공면의 위치시킨 곳의 영역에 대응하여도 된다. 바람직하게는, 개구 형태는 동공면의 위치시킨 곳의 형태에 대응하여도 된다.
도 19는 포토리소그래피 시스템에서 이미징 성능을 개선하는 방법(1900)의 흐름도이다. 방법(1900)의 단계(1902)에서, 파장을 갖는 광이 레티클을 통과할 때 그 파장을 갖는 광의 위상 에러 부분을 발생시킬 수 있는 패턴을 갖는 위상 편이 마스크를 갖는 레티클을 선택한다. 위상 에러는 동공면의 차단 개구에서 수렴할수 있다. 단계(1904)에서, 파장을 갖는 광은 선택된 레티클을 통과할 수 있다. 바람직하게는, 단계(1906)에서, 선택된 레티클을 통과하는 광으로 포토레지스트를 노광한다.
본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이는 단지 예일 뿐이며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 당업자는 청구범위에서 한정된 바와 같은 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명을 다양하게 변형할 수 있다는 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 사상과 범위는 상기한 실시예들에 의해 제한되지 않으며 다음의 청구범위와 그 등가물에 의해서만 제한된다.
0 차 누출을 방지함으로써 공칭 초점면의 상하에 위치한 포토레지스트를 노광하는 광 강도 변화를 현저히 완화한다. 이것은, 다시 웨이퍼상에 형성된 선폭 변화를 감소시킨다.

Claims (30)

  1. 광의 파장에 반투명한 물체; 및
    위상 편이 마스크를 이용하는 포토리소그래피 시스템의 동공면에서 실질적으로 상기 광의 0차(zero order) 부분에서 상기 물체를 지지하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수단은 상기 물체와 상기 포토리소그래피 시스템 사이에 연결된 지지 아암인 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수단은 공기 베어링 장치인 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수단은 자기 부양 장치인 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 물체는 상기 파장에 대하여 불투명한 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 물체는 제1 영역을 갖고,
    상기 동공면에서 상기 광의 0 차 부분은 제2 영역을 갖고,
    상기 제1 영역의 크기는 상기 제2 영역의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 물체는 제1 형상을 갖고,
    상기 동공면에서 상기 광의 0 차 부분은 제2 형상을 갖고,
    상기 제1 형상은 실질적으로 상기 제2 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 포토리소그래피 시스템의 조절 렌즈의 개구수 함수인 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 포토리소그래피 시스템의 상기 광의 부분 간섭성의 함수인 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파장에 반투명한 제2 물체, 및 상기 동공면의 위상 에러 부분에서 상기 제2 물체를 지지하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 동공면에서의 상기 광의 상기 위상 에러 부분은 상기 포토리소그래피 시스템에서 사용되는 레티클 패턴의 피치의 함수인 것을 특징으로 하는 차단 개구.
  12. 위상 편이 마스크를 통해 광을 통과시킬 수 있는 조명원;
    상기 광을 상기 위상 편이 마스크로부터 동공면에 수렴시킬 수 있는 제1 조절 렌즈;
    실질적으로 상기 동공면내에 위치하며 상기 광의 일부를 차단할 수 있는 차단 개구; 및
    상기 광을 상기 동공면으로부터 포토레지스트로 방향설정할 수 있는 제2 조절 렌즈
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차단 개구는 상기 광의 파장에 대하여 반투명한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 차단 개구는 상기 광의 파장에 대하여 불투명한 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 차단 개구는 상기 동공면에서 상기 광의 0 차 부분에 설치하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 차단 개구는 제1 영역을 갖고,
    상기 동공면에서 상기 광의 상기 0 차 부분은 제2 영역을 갖고,
    상기 제1 영역의 크기는 상기 제2 영역의 크기 이상인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 차단 개구는 제1 형상을 갖고, 상기 동공면에서의 상기 광의 상기 0 차 부분은 제2 형상을 갖고, 상기 제1 형상은 실질적으로 상기 제2 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 제1 조절 렌즈의 개구수 함수인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 제1 조절 렌즈와 상기 동공면 사이의 상기 광의 부분 간섭성의 함수인 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 차단 개구는 상기 리소그래피 시스템의 다른 부분과 상기 차단 개구 사이에 연결되는 지지 아암에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 차단 개구는 에어 베어링 장치에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 차단 개구는 자기 부상 장치에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 시스템.
  23. 리소그래피 시스템에서 이미징 성능을 개선하기 위한 방법으로서,
    (1) 위상 편이 마스크로부터의 광의 위상 에러 부분이 수렴하는 동공면의 일부를 위치시키는 단계; 및
    (2) 상기 동공면의 일부에 개구를 배치하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 광의 위상 에러 부분은 상기 광의 0 차 부분인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 개구는 상기 광의 파장에 대하여 불투명한 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 개구로 인하여 상기 광의 다른 부분이 상기 동공면을 통해 통과할 수 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 개구의 영역은 상기 동공면의 일부의 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 개구의 형상은 상기 동공면의 일부의 형상에 대응하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
  29. 포토리소그래피 시스템에서 이미징 성능을 개선하기 위한 방법으로서,
    (1) 파장을 갖는 광이 레티클을 통과할 때 상기 광의 위상 에러 부분이 발생할 수 있는 패턴을 갖는 위상 편이 마스크를 구비한 레티클을 선택하는 단계- 상기 위상 에러는 동공면에서의 차단 개구에서 수렴할 수 있음 -; 및
    (2) 상기 파장을 갖는 광을 상기 선택된 레티클을 통과시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
  30. 제29항에 있어서,
    (3) 상기 선택된 레티클을 통과하는 광에 의해 포토레지스트를 노광하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템에서의 이미징 성능 개선방법.
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