KR20050062911A - 리소그래피 공정을 위한 조명 방법 및 조명 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조명 다축 모드 상태에서 편광을 이용하여 조명하며, 광원이 위치하는 상태에 따라서 편광 방향을 다르게 함으로써 이미지 컨트라스트(Image contrast)를 개선하는 리소그래피 공정의 조명 방법과 그 장치을 개시한다.

본 발명에 따른 리소그래피 공정을 위한 조명 방법은 복수의 광원이 다축 상에 배치하고, 상기 축 별로 서로 다른 편광을 부여하여 조명을 수행한다. 여기에서 상기 광원은 크로스 폴 형태 축 상에 배치되며, 상기 축에 대하여 수직 방향의 편광이 부여됨이 바람직하며, 상기 다축은 여러 개의 중심을 가질 수 있다.

Description

리소그래피 공정을 위한 조명 방법 및 조명 장치{Method and apparatus for illumination in a lithography process}

본 발명은 리소그래피 공정의 조명 방법과 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조명 다축 모드 상태에서 편광을 이용하여 조명하며, 광원이 위치하는 상태에 따라서 편광 방향을 다르게 함으로써 이미지 컨트라스트(Image contrast)를 개선하는 리소그래피 공정의 조명 방법과 그 장치에 관한 것이다.

통상, 리소그래피 공정은 반도체 메모리 소자를 제조 공정의 단위 공정으로 이용되며, 광원으로부터 조사되는 빛을 광학계를 통하여 전달하면서 마스크의 패턴을 웨이퍼로 전사시키는 것이다.

종래의 리소그래피 공정은 웨이퍼 상에 코팅되는 감광제에 빛이 거의 수직으로 입사하는 저 개구수(Low Numerical Aperture)의 시스템을 이용하였으며, 종래의 시스템은 빛의 편광에 따른 상호간의 간섭 상의 차이가 분해능에 크게 영향을 미치지 않았다.

그러나, 최근 리소그래피 시스템 사양이 개구수(Numerical Aperture, 이하 "N.A."라 함)가 0.85를 충족하는 경향을 보이고 있으며, 그에 따라 리소그래피 시스템에서 빛의 편광 효과는 무시하기 어려운 요소로 인식되고 있다.

상기한 이유로 리소그래피 시스템은 편광되지 않은 빛이나 원(圓) 편광된(Circularly Polarized) 빛을 이용하고 있다. 그러나, 점차 N.A.가 커짐에 따라 감광제 표면에서 편광 성분 간의 반사율의 차이 등으로 인한 스윙 효과(Swing effect) 등의 문제점이 대두되고 있으며, 그로 인하여 이미지 컨트라스트가 나쁜 TM(Transverse Magnetic) 편광이 분해능에 크게 영향을 미치는 등의 문제점이 도출되고 있다.

본 발명의 목적은 반도체 소자 제조를 위한 리소그래피 시스템을 이용한 프로세스에서 광원이 배치된 위치에 따라서 유리한 편광을 갖도록 함으로써 해상 능력을 향상시킴에 있다.

본 발명에 따른 리소그래피 공정을 위한 조명 방법은, 복수의 광원이 다축 상에 배치하고, 상기 축 별로 서로 다른 편광을 부여하여 조명을 수행한다.

그리고, 상기 광원은 크로스 폴 형태 축 상에 배치되며, 상기 축에 대하여 수직 방향의 편광이 부여됨이 바람직하며, 상기 다축은 여러 개의 중심을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 리소그래피 공정을 위한 조명 장치는, 복수의 광원을 다축 상에 배치하고, 상기 축 별로 서로 다른 편광 부재를 설치함으로써 상기 축 별로 상이한 편광 조명을 수행한다.

또한, 본 발명에 따른 리소그래피 공정을 위한 조명 장치는, 마스크를 통과한 빛을 렌즈를 통과하여 웨이퍼에 전사시키는 구조를 가지고, 프로젝션 렌즈의 퓨필(Pupil) 면 또는 임의 위치에 편광 수단을 설치함으로써 TE 편광이 상기 웨이퍼에 제공되도록 구성할 수도 있다.

여기에서, 상기 편광 수단은 편광판 또는 웨이브 플레이트 중 어느 하나가 설치될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 리소그래피 공정의 조명 방법과 그 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 반도체 소자 제조를 위하여 수행되는 리소그래피 공정 시스템에 복수의 광원을 채용하고, 복수의 광원을 다축상에 배치한 후 상기 축 별로 서로 다른 편광을 부여하여 조명하는 방법을 제시한다.

리소그래피 공정 시스템은 광원을 채용하는 모듈이 구성되며, 본 발명의 실시예에 의하여 도 1과 같이 모듈(10)에 광원(12, 14, 16, 18)이 배치된다.

본 발명에 따른 실시예는 크로스 폴(Cross pole) 형태의 축 상에 광원(12, 14, 16, 18)이 배치되며, 광원(12, 14)이 동일한 축 즉 세로 축 상에 중심에 대칭되게 배치되고, 광원(16, 18)이 동일한 축 즉 가로 축 상에 중심에 대칭되게 배치된다.

상술한 광원(12, 14, 16, 18)은 축과 수직된 방향의 편향된 광을 제공하며, 이를 위하여 광원(12, 14, 16, 18)은 편광을 위한 필터가 구성됨이 바람직하다.

광은 도 2와 같이 진행 방향에 수직으로 전기장이 존재하는 경우가 TE 편광 또는 s 편광이라 하고, 진행 방향에 상기 TE 편광과 수직된 방향으로 전기장이 존재하는 경우가 TM 편광 또는 p 편광이라 한다.

도 3a 및 도 3b와 같이 소정 패턴을 갖는 마스크(20)를 빛이 통과하면, 마스크(20)의 패턴에 의한 빛의 회절이 발생된다. 빛은 편광이 서로 평행인 경우 서로 간섭을 하지만 서로 수직인 경우는 아무런 간섭도 일어나지 않는다.

빛은 그 진행 방향에 대해서 항상 수직 방향의 전자기장의 편광을 가지고 있다.

도 3a와 같이 TE 편광의 경우, 렌즈(22)를 통과하여 편광에 의한 0차 광과 1차 광이 레지스트(24)로 진행하며, 0차 광과 1차 광은 입사각과 무관하게 항상 동일한 방향의 편광을 유지하므로 100 퍼센트 간섭 현상이 발생된다.

그러나, 도 3b와 같이 TM 편광의 경우, 렌즈(22)를 통과하여 편광에 의한 0차 광과 1차 광이 레지스트(24)로 진행하며, 0차 광과 1차 광의 입사각이 모두 45도인 경우, 상기 0차 광과 상기 1차광은 서로 수직이 되어 아무런 간섭도 일어나지 않는다. 그러므로, 이미지 컨트라스트는 0이 된다. 이 경우 N.A.는 0.707 정도이다.

모든 부분에 동일한 편광을 준 경우에는 한 쪽 방향의 패턴에 대해서는 TE 편광이 발생되지만 다른 방향 즉 그의 수직되는 패턴에 대해서는 TE 편광이 발생된다. 그러므로, 패턴 방향에 따라서 이미지 컨트라스트 상의 심한 비대칭이 발생된다.

따라서, 본 발명은 광원이 위치하는 축에 따라 각기 다른 편광을 주어서 이미지 컨트라스트를 개선한 것이며, 도 1의 실시예의 경우 4 개의 광원(12, 14, 16, 18)에 대하여 각 축에 대한 수직되는 방향의 편광이 발생되도록 구성하였다. 즉, 결과적으로 축 별로 동일한 방향의 편광이 발생된다.

따라서, 실시예에 의하면 제 1 방향에 대하여 1차 광이 렌즈를 통과하는 패턴 방향에 수직인 부분의 빛은 항상 TE 편광을 제공하여 회절 광 간의 완전한 간섭이 보장되는 반면, 상기 제 1 방향과 패턴이 평행한 축 상에 배치된 광원은 TM 편광을 제공하게 된다. 그러므로 1차 광은 렌즈(22)를 통과하도록 제공되지 않으므로 간섭에 의한 이미지 형성에 기여하지 못한다. 즉, 편광에 의한 이미지 열화가 발생되지 않는다.

결과적으로 도 1의 실시예는 TE 편광만 제공하게 됨에 따라서 이미지 컨트라스트가 보장된다.

참고로, 회절광이 발생하는 경우 N.A.에 대응하여 이미지 컨트라스트가 변화되는 값을 도 4의 그래프를 참조하면, A는 비편광된 광이나 원 편광된 광을 사용하는 경우에 해당하고, B는 1차광이 렌즈에 수렴되는 광원의 편광을 본 발명과 같이 TE로 한 경우에 해당하며, C는 편광의 방향이 본 발명과 같이 TM으로써 반대로 된 경우에 해당한다.

본 발명은 실시예로 크로스 폴 상에 배치되는 광원에 대하여 개시하였으나, 이에 국한되지 않고, 리소그래피 공정을 위한 조명에서 복수의 광원이 다축 상에 배치된 경우, 상기 축 별로 서로 다른 편광을 부여하여 조명하도록 넓게 적용될 수 있다.

또한, 다축도 여러 개의 중심을 갖는 경우에 해당하여 실시될 수 있으며, 또한 임의의 광원에 편광이 적용되고 다른 부분의 광원은 비편광이 적용될 수 있다.

본 발명의 상기한 실시예는 광원에 해당하여 실시되었으나, 동일한 개념으로 레지스트에 TE 편광을 제공함으로써 이미지 컨트라스트를 개선시키기 위하여 도 5와 같은 변형된 실시예의 적용이 가능하다.

즉, 도 5와 같이, 렌즈(프로젝션 렌즈)(22)의 퓨필(Pupil) 면 또는 임의 위치에 편광판 또는 웨이브 플레이트(30)를 설치하면, 조명계에서 편광 부여 역할이 동일하게 구현될 수 있다. 그러므로, 필터(30)에 의하여 TE 편광이 레지스트 상에서 간섭을 일으키도록 구현될 수 있다.

따라서, 본 발명은 리소그래피 시스템을 이용한 프로세스에서 광원이 배치된 위치에 따라서 유리한 편광을 갖도록 함으로써 해상 능력을 향상시켜서 선폭 균일도 등의 개선 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 공정을 위한 조명 방법의 바람직한 실시예를 나타내는 도면

도 2은 편광의 종류를 설명하는 도면

도 3a 및 도 3b는 S 편광과 P 편광에 따른 회절광의 간섭을 설명하는 도면

도 4는 개구수(N.A.)에 따른 이미지 컨트라스트의 변화를 표시한 그래프

도 5는 마스크 하부의 렌즈에 필터를 장착한 예시도

Claims (10)

1. 리소그래피 공정을 위한 조명 방법에 있어서,

   복수의 광원이 다축 상에 배치하고, 상기 축 별로 서로 다른 편광을 부여하여 조명을 수행함을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원은 크로스 폴 형태 축 상에 배치되며, 상기 축에 대하여 수직 방향의 편광이 부여됨을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 다축은 여러 개의 중심을 갖는 것임을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원은 임의의 부분은 편광이 적용되고 다른 부분은 비편광이 적용됨을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 방법.
5. 웨이퍼의 리소그래피를 공정을 위한 조명 장치에 있어서,

   복수의 광원을 다축 상에 배치하고, 상기 축 별로 서로 다른 편광 부재를 설치함으로써 상기 축 별로 상이한 편광 조명을 수행함을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 광원은 크로스 폴 형태 축 상에 배치되며, 상기 축에 대하여 수직 방향의 편광을 제공하도록 상기 편광 부재가 설치됨을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 다축은 여러 개의 중심을 갖는 것임을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 광원은 임의의 부분을 제외한 나머지 부분에 축 별로 다른 편광 필터가 적용됨을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 장치.
9. 마스크를 통과한 빛을 렌즈를 통과하여 웨이퍼에 전사시키는 리소그래피 공정을 위한 조명 장치에 있어서,

   프로젝션 렌즈의 퓨필(Pupil) 면 또는 임의 위치에 편광 수단을 설치함으로써 TE 편광이 상기 웨이퍼에 제공됨을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 편광 수단은 편광판 또는 웨이브 플레이트 중 어느 하나가 설치됨을 특징으로 하는 리소그래피 공정을 위한 조명 장치.