KR20050002310A - 변형 조명계 노광장치 및 이를 이용한 감광막 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변형 조명계 노광장치 및 이를 이용한 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 다수개의 어퍼쳐를 중첩시켜 중첩된 어퍼쳐를 회전시킴으로써 투광영역의 개구각을 가변적으로 조절할 수 있고, 개구각을 변형시킴으로써 정교한 노광 조건 설정이 가능한 변형 조명계 노광장치 및 이를 이용한 감광막 패턴 형성 방법을 제공한다.

Description

변형 조명계 노광장치 및 이를 이용한 감광막 패턴 형성 방법{Projection exposure device of a modified illumination system and method of forming a photosensitive film pattern of using the same}

본 발명은 변형 조명계 노광장치 및 이를 이용한 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 다수의 어퍼쳐를 이용한 변형 조명계를 포함하는 노광장치와 이를 이용한 감광막 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조공정에 사용되는 조명계 장치는 광원이 정해지면, 광의 세기는 정해지므로 감광막을 감광시키기에 충분한 광량을 가지면서 높은 해상도와 깊은 초점심도(Depth of Focus, 이하 DOF라 함)를 갖는 것이 이상적이다.

반도체 장치의 집적화가 고도화되면서, 더욱 높은 해상도와 더욱 깊은 DOF를 갖는 조명계 장치를 필요로 하고 있다. 즉, 반도체 장치가 고집적화 되면서 단위면적당 소자밀도가 높아지고 있다. 따라서 웨이퍼 상에 형성되는 패턴간의 피치(pitch)는 기존에 비해 더욱 좁아지고 있고, 패턴의 수직 높이는 더욱 높아지고 있다. 이러한 패턴을 형성하기 위해서는 감광막을 노광하는 조명계 장치의 해상도는 기존의 조명계 장치보다 높아져야 하고, DOF는 더욱 깊어져야 한다. 이를 위해 조명계 장치중 파리눈 렌즈와 콘덴서 렌즈 사이에 구비되는 어퍼쳐(aperture)에 변형을 줌으로써 높은 해상도와 깊은 DOF를 나타내는 조명계 장치가 있으며, 이는 사입사 조명(Off Axis Illumination)을 적용함으로써 해상도뿐만 아니라 다른 공정 마진(예를 들면, DOF 또는 Dose margin)을 증대시킬 수 있다.

종래의 노광장치에서 사용하는 어퍼쳐의 개구각은 고정된 방향성을 가지고 있기 때문에 소자의 패턴의 형태에 따라 어퍼쳐를 변경해 가면서 노광공정을 수행하여야 하는 문제가 발생한다. 이러한 어퍼쳐의 변경은 수동으로 이루어져야 하므로 각 스텝마다 어퍼쳐의 변경에 따른 시간 소요과 어퍼쳐 교체에 따른 사고의 위험성을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 다수의 어퍼쳐를 중첩/조합하여 어퍼쳐의 개구각 형태와 개구각의 방향성을 가변적으로 변경할 수 있는 변형 조명계 노광장치 및 이를 이용한 감광막 패턴 형성 방법

도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따른 단일 어퍼쳐의 평면도들이다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 가변적 개구각을 갖는 다중 어퍼쳐를 설명하기 위한 평면도들이고, 도 3a 및 도 3b는 측면도들이다.

도 4는 본 발명에 따른 노광장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다중 어퍼쳐를 포함하는 노광장치에 따라 형성되는 패턴의 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 노광대상 20 : 프로젝션 렌즈

30 : 마스크 40 : 샤핑 렌즈

50 : 콘덴싱 렌즈 60 : 노광광원 발생부

100 : 어퍼쳐

본 발명에 따른 빛을 노광대상에 투영시키는 프로젝션 렌즈와, 노광대상에 대하여 전사하고자 하는 패턴이 형성된 마스크와, 빛을 상기 마스크에 집광시키기 위한 샤핑 렌즈와, 상기 샤핑 렌즈에 입사되는 광을 제한하는 다중 어퍼쳐 및 콘덴싱 렌즈가 구비된 노광장치에 있어서, 상기 다중 어퍼쳐는 다수개의 어퍼쳐를 중첩시켜 중첩된 어퍼쳐를 회전시켜 상기 중첩된 어퍼쳐 투광영역의 개구각을 가변적으로 조절할 수 있도록 구비된 변형 조명계 노광장치를 제공한다.

바람직하게는 상기 다중 어퍼쳐는 컨벤셔널 어퍼쳐, 컨벤셔널 로우시그마 어퍼쳐, 쿼드로폴 어퍼쳐, 크로스폴 어퍼쳐, 에뉼라 어퍼쳐, 0도 다이폴 어퍼쳐 및 90도 다이폴 어퍼쳐 중 적어도 두개를 중첩시켜 구비된 변형 조명계 노광장치를 제공한다.

또한, 변형 조명계 노광장치를 이용한 감광막 패턴 형성방법에 있어서, 웨이퍼 상에 감광막을 도포하는 단계와, 상기 변형 조명계 노광장치를 이용한 노광공정을 실시하는 단계 및 현상공정을 실시하여 상기 감광막의 일부를 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따른 단일 어퍼쳐의 평면도들이다.

도 1a 내지 도 1g를 참조하면, 본 발명의 어퍼쳐는 원형의 디스크 형상으로 노광광원이 투과하는 투광영역과 투과하지 못하는 차광영역이 다양한 형상으로 배열되어 있다.

도 1a는 컨벤셔널(Conventional) 어퍼쳐(100_a)를 나타낸 것이다. 컨벤셔널 어퍼쳐(100_1)는 원형 디스크의 중심으로부터 투광영역(O)이 원형으로 형성되고, 차광영역(C)은 원형 디스크의 외각에 타원띠 형상으로 형성된다. 투광영역(O)의 폭이 차광영역(C)의 폭보다 넓게 형성된다. 도 1b는 컨벤셔널로우시그마(Conventional Low σ) 어퍼쳐(100_b)를 나타낸 것이다. 컨벤셔널 로우시그마 어퍼쳐(100_b)는 컨벤셔널 어퍼쳐(100_a)와 그 형상이 유사 하지만, 투광영역(O)의 폭이 차광영역(C)의 폭과 같거나 작게 형성된다. 도 1c는 쿼더폴(Quad-Pole) 어퍼쳐(100_c)를 나타낸 것이다. 쿼더폴 어퍼쳐(100_c)는 4개의 투광영역(O)을 갖고 있으며, 투광영역(O)은 원형 디스크의 중심을 기준으로 방사상 형태로 위치하되, 원형디스크의 수직 및 수평선상에서 약 45도 정도 엇갈리게 위치되어 형성된다. 투광영역(O)은 상변과 하변이 하향 라운딩된 대략 사다리꼴 형태로 되어 있다. 도 1d는 크로스폴(Crosspole) 어퍼쳐(100_d)를 나타낸 것이다. 크로스폴 어퍼쳐(100_d)는 쿼더폴 어퍼쳐(100_c)와 그 형상이 유사 하지만, 투광영역(O)이 수직 및 수평 선상에 위치하여 형성된다. 도 1e는 에뉼라(Annular) 어퍼쳐(100_e)를 나타낸 것이다. 에뉼라 어퍼쳐(100_e)는 투광영역(O)이 원형 디스크의 중심으로 소정 간격 이격된 원형 띠 형상으로 되어 있다. 즉, 도너츠 형상으로 형성되어 있다. 도 1f는 0도 다이폴(Dipole Rot 0°) 어퍼쳐(100_f)를 나타낸 것이다. 0도 다이폴 어퍼쳐(100_f)는 투광영역(O)이 원형 디스크의 수평축상에 위치하고, 투광영역(O)의 상변과 하변이 하향 라운딩된 대략 사다리꼴 형대로 되어 있다. 0도 다이폴 어퍼쳐(100_f)의 투광영역(O)의 개방각은 90도가 된다. 도 1g는 90도 다이폴(Dipole Rot 90°) 어퍼쳐(100_g)를 나타낸 것이다. 90도 다이폴 어퍼쳐(100_g)는 0도 다이폴 어퍼쳐(100_f)와 그 형상이 유사 하지만, 투광영역(O)이 원형 디스크의 수직축상에 위치되도록 형성된다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 가변적 개구각을 갖는 다중 어퍼쳐를 설명하기 위한 평면도들이고, 도 3a 및 도 3b는 측면도들이다.

도 2a 내지 도 2d, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 다중 어퍼쳐(100)는 다수개의 어퍼쳐(100_a 내지 100_g)를 중첩시켜 중첩된 어퍼쳐를 회전시켜 투광영역(O)의 개구각을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성한다. 예를 들어 설명하면 도 2a와 같이 다수개의 어퍼쳐를 중첩시켜 투광영역(O)의 개구각이 수평방향 위치로 90도가 되도록 형성할 수 있고, 도 2b와 같이 투광영역(O)의 개구각이 수평방향 위치로 60도가 되도록 형성할 수 있으며, 도 2c와 같이 투광영역(O)의 개구각이 수평방향에서 45도 위치로 45도가 되도록 형성할 수 있으며, 도 2d와 같이 투광영역(O)의 개구각이 수직방향 위치로 30도가 되도록 형성할 수 있다. 물로 이에 한정되지 않고, 원형디스크의 다양한 위치에 노광영역이 위치 할 수 있으며, 투광영역(O)의 개구각은 1 내지 180도를 가질 수 있다. 투광영역(O)의 형상은 사용되는 어퍼쳐의 형상에 따라 각기 다양할 수 있다. 본 도면에서는 상변과 하변이 하향 라운딩된 대략 사다리꼴 형태로 되어 있다.

상술한 바와 같이 원형 디스크 내의 다양향 위치에 투광영역(O)이 위치할 수 있고, 개구각 또한 가변적으로 조절할 수 있는 가변적 개구각을 갖는 다중 어퍼쳐(100)는 두장의 90도 다이폴 어퍼쳐(100_g) 두장을 중첩 시켜 형성할 수도 있고, 0도 다이폴 어퍼쳐(100_f)와 90도 다이폴 어퍼쳐(100_g)를 중첩시켜 형성할 수 도 있다.

이뿐만 아니라 도 1a 내지 도 1f에서 설명하였던 다수의 어퍼쳐(100_a 내지 100g)를 다수개 중첩시켜 다양한 형태의 개구각을 갖는 다중 어퍼쳐(100)를 형성할수 있다. 예를 들어 에뉼라 어퍼쳐(100_e)와 크로스폴 어퍼쳐(100_d)를 중첩시켜 크로스폴 어퍼쳐(100_d) 이외에 쿼더폴 어퍼쳐(100_c)와 동일한 형성을 가질 수 있다. 또한, O도 다이폴 어퍼쳐(100_f)와 애뉼라 어퍼쳐(100_e)를 조합하여 90도 다이폴 어퍼쳐(100_g)의 기능을 할 수 있다.

상술한 다중 어퍼쳐(100)의 동작을 살펴보면, 중심축을 중심으로 상하로 위치한 원형 디스크들을 회선시킴으로 인해 각각의 디크스의 투광영역(O)이 동일하게 중첩되거나 일부의 투광영역(O)만이 중첩되어 투광영역(O)의 개구각을 조절하게 된다.

도 3a를 기준으로 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 구체적 예를 들어 설명하면, 상부의 원형 디스크를 고정시킨 다음 하부의 원형 디스크를 회시킴으로서, 투광영역(O)의 개구각을 조절할 수 있다. 이때 중첩된 디스크의 개수에 따라서 개구각의 각도가 더 줄어들 수 있다. 이로써 투광영역(O)을 통과하는 노광광원(투광범위)을 조절할 수 있게 된다. 즉, 상부 또는 하부의 원형 디스크의 투광영역(O)이 동일하게 중첩되었을 경우는 최대의 노광광원이 통과하게 되어 하부 마스크에 투과되고, 상부 또는 하부의 원형 디스크의 차광영역(C)이 전부 개구부와 중첩되었을 경우는 최소의 노광광원이 통과하게 되어 하부 마스크에 투과된다. 이로써, 어퍼쳐 개구각, 개구 위치 등이 임의 조절이 가능하고 또한 노광중 변형도 가능하여 설계패턴의 방향성 의존 문제를 해결할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 노광장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 일반적으로 노광장치는 노광대상(10) 위로 프로젝션렌즈(20)와 노광대상(10)에 전사시킬 패턴이 형성된 마스크(30)와 샤핑 렌즈(40)와 콘덴싱 렌즈(50)와 상기 콘덴서 렌즈(20)와 샤핑 렌즈(40) 사이에서 샤핑 렌즈(40)에 입사되는 광을 제한하는 다중 어퍼쳐(100)가 일렬로 구비되어 있다. 여기서 노광대상(10)은 그 전면에 감광막이 도포된 웨이퍼이다. 프로젝션 렌즈(20)는 마스크(30)에 형성된 패턴에 입사되어 회절된 광을 상기 노광대상(10)의 정해진 위치에 투영시키는 역할을 한다. 그리고 샤핑 렌즈(40)는 다중 어퍼쳐(100)를 통과하여 입사되는 광을 마스크(30)의 패턴으로 굴절시키는 역할을 한다. 이를 위해, 마스크(30)는 샤핑 렌즈(40)의 초점면에 위치한다. 마스크(30)는 광이 입사되는 쪽에 석영기판이 있고, 상기 석영기판 아래면중 패턴이 형성되어 있는 영역을 제외한 전 영역에 크롬층이 형성되어 광을 차단한다.

다중 어퍼쳐(100)는 샤핑 렌즈(40)에 입사되는 광이 차단되는 차광영역(114)과 광이 투과될 수 있는 투광영역(116)을 갖는다. 상술한 바와 같이 다수개의 어퍼쳐를 중첩시켜 이들 각각을 회전시켜 개구각을 변형하고, 이로써 어퍼쳐를 투과하는 빛의 량을 조절하고, 결국 다양한 회로 패턴이 혼재되어 있는 노광대상(10)에 입사되는 빛의 량을 각 패턴에 맞게 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 노광장치는 UV빛을 발생하는 노광광원 발생부(60)를 포함한다.

상술한 바와 같은 다중 어퍼쳐를 포함하는 노광장치를 이용하여 실시하는 노광 공정에 관해 설명한다.

웨이퍼에 감광막을 도포한 다음 소프트 베이킹을 실시한다. 본 발명의 노광장치를 이용하여 노광을 실시한다. 이때, 노광장치 내의 다중 어퍼쳐를 조절하여 다양한 형태에 맞는 최적의 패턴을 형성한다.

다중 어퍼쳐의 디스크를 회전시켜 노광영역을 조절함으로서, 마스크에 조사되는 빛의 량을 조절하여 다양한 패턴에 맞는 노광을 실시한다. 만일 디램과 같은 수평 수직으로 구성된 단순 배열 패턴일 경우뿐만 아니라, 시스템 IC 칩과 같이 설계상 30 내지 45도의 임의의 배향성을 갖는 회로 패턴이 혼재되어 있을 경우에도 각각에 맞는 개구각을 갖도록 가변형 조명계를 조절할 수 있다.

주변 영역을 노광한 다음 네임밍 공정을 실시하여 감광막 패턴을 형성하고, 하드 베이킹 공정을 실시하여 감광막의 균일도를 유지하고, 솔벨트를 제거한다. 네임밍 공정은 노광시 자외선 빛의 산란으로 노광 경계 부위의 불필요한 노광 현상을 방지하기 위해 고온에서 웨이퍼를 굽는 PEB(Post Exposure Bake)공정을 실시한 다음 노광이 끝난 웨이퍼에 현상 용액을 분사 시켜 노광시 빛을 반은 부분이나 빛을 받지 않은 부분을 화학적으로 제거하는 현상 공정을 실시한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다중 어퍼쳐를 포함하는 노광장치에 따라 형성되는 패턴의 개념도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 낸드 플래시 소자의 셀 스트럭쳐(Structure)를 보면 플로팅 게이트(FG)는 프로덕트 레티클(Product Reticle)에서 수평방향(Horizontal)을 가진 라인 타입(Line Type)의 패턴이고(도 5a 참조) 컨트롤 게이트(W/L)는 수직방향(Vertical)을 가진 라인 타입의 패턴이다(도 5b 참조). 종래에는 0도 다이폴 어퍼쳐(100_f)와 90도 다이폴 어퍼쳐(100_g) 각각을 이용하여패턴을 형성하였지만, 본 발명의 다중 어퍼쳐(100)를 이용한 노광장치는 다중 어퍼쳐(100)를 구성하는 원형 디스크를 회전시켜 0도 다이폴 어퍼쳐(100_f)와 90도 다이폴 어퍼쳐(100_g)의 교환 없이 수직/수평 패턴을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 다수개의 어퍼쳐를 중첩시켜 중첩된 어퍼쳐를 회전시켜 투광영역의 개구각을 가변적으로 조절할 수 있다.

또한, 개구각을 변형시킴으로써 정교한 노광 조건 설정이 가능하다.

Claims (4)

1. 빛을 노광대상에 투영시키는 프로젝션 렌즈와, 노광대상에 대하여 전사하고자 하는 패턴이 형성된 마스크와, 빛을 상기 마스크에 집광시키기 위한 샤핑 렌즈와, 상기 샤핑 렌즈에 입사되는 광을 제한하는 다중 어퍼쳐 및 콘덴싱 렌즈가 구비된 노광장치에 있어서,

   상기 다중 어퍼쳐는 다수개의 어퍼쳐를 중첩시켜 중첩된 어퍼쳐를 회전시켜 상기 중첩된 어퍼쳐 투광영역의 개구각을 가변적으로 조절할 수 있도록 구비된 변형 조명계 노광장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다중 어퍼쳐는 컨벤셔널 어퍼쳐, 컨벤셔널 로우시그마 어퍼쳐, 쿼드로폴 어퍼쳐, 크로스폴 어퍼쳐, 에뉼라 어퍼쳐, 0도 다이폴 어퍼쳐 및 90도 다이폴 어퍼쳐 중 적어도 두개를 중첩시켜 구비된 변형 조명계 노광장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   가변적으로 조절가능한 상기 투광영역의 개구각은 1 내지 90도인 변형 조명계 노광장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 기재된 변형 조명계 노광장치를 이용한 감광막 패턴 형성방법에 있어서,

   웨이퍼 상에 감광막을 도포하는 단계;

   상기 변형 조명계 노광장치를 이용한 노광공정을 실시하는 단계; 및

   현상공정을 실시하여 상기 감광막의 일부를 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광막 패턴 형성 방법.