KR20060025890A - 홀로그램 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홀로그램 노광 장치에 관한 것으로, 스테퍼(Stepper)나 스캐너(Sanner) 노광 장비로 반도체 기판 상에 라인/스페이스 패턴이나 콘택홀 패턴을 형성하는데 있어서 문제가 되었던 비효율적인 프로세스 시간, 노광 장비의 가격 및 노광의 난이도를 개선하기 위하여, 웨이브 프론트 스플리팅 인터페로메터(Wave Front Splitting Interferometer)를 사용하는 홀로그램 노광 장치에 회전 가능한 웨이퍼 홀더, 바이너리 마스크 및 이멀젼 장치를 더 포함시켜 분해능을 향상시키면서도 반복적인 패턴을 형성하는 공정시간을 단축시키고, 공정난이도를 낮출 수 있으며 공정 비용도 적게 들 수 있는 효과를 제공하는 발명이다..

Description

홀로그램 노광 장치{APPARATUS USING HOLOGRAM LITHOGRAPHY}
도 1은 반도체 소자의 반복적인 패턴을 도시한 평면도.
도 2는 반도체 소자의 복합적인 패턴을 도시한 평면도.
도 3은 광원 증폭부를 간략하게 도시한 개략도.
도 4는 광원의 지름 대 반응 거리에 대한 그래프.
도 5는 입사각도의 변화에 따른 라인/스페이스 패턴의 피치 크기를 도시한 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 회전 가능한 웨이퍼 홀더가 구비된 홀로그램 노광 장치를 도시한 개략도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 반도체 소자의 반복적인 패턴이 형성된 것을 도시한 사시도들.
도 9은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 웨이퍼 스테이지부를 도시한 개략도.
도 10는 본 발명의 제 3 실시예에 따라 이멀젼 장치를 도입한 홀로그램 노광 장치를 도시한 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 230 : 평행 렌즈 20, 240 : 핀 홀
30 : 반응 평면 100 : 광원
110 : 가스 튜브 200 : 광원 증폭부
210 : 셔터 220 : 반사 거울
300 : 웨이퍼 스테이지 310 : 거울
320 : 웨이퍼 330 : 웨이퍼 홀더
325 : 피식각층 340 : 라인/스페이스 패턴
345 : 홀 패턴 500 : 바이너리 마스크
510 : 차광 패턴 520 : 투광패턴
400 : 이멀젼 장치 ⓕ : 초첨 거리
ⓓ : 반응 거리
본 발명은 홀로그램 노광 장치에 대한 것으로, 스테퍼(Stepper)나 스캐너(Sanner) 노광 장비로 반도체 기판 상에 라인/스페이스 패턴이나 콘택홀 패턴을 형성하는데 있어서 문제가 되었던 비효율적인 프로세스 시간, 노광 장비의 가격 및 노광의 난이도를 개선하기 위하여, 웨이브 프론트 스플리팅 인터페로메터(Wave Front Splitting Interferometer)를 사용하여 라인/스페이스 패턴을 형성하고, 특히 2중 노광을 사용하여 콘택홀 패턴을 효율적으로 형성하는 기술이다.
종래 기술에 의한 반도체 소자의 노광 방법에는 단순 패턴의 반복적인 패턴과, 소정 패턴들의 복합적인 패턴을 노광하는 방법이 존재한다.
도 1은 반도체 소자의 반복적인 패턴을 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 반복적인 패턴은 주로 셀 영역에 형성되며, 통상적으로 라인/스페이스 패턴 또는 홀 패턴, 예를 들면 스토리지 노드 및 콘택홀이 이에 해당 된다.
도 2는 반도체 소자의 복합적인 패턴을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면 복합적인 패턴들은 주로 주변 회로 영역에서 형성되며 순환형, 링형 및 게이트등이 이에 해당 된다.
또한, 반도체 소자의 각 공정별로 보면 상기와 같은 반복적 패턴 및 복합적인 패턴이 동시에 존재하는 공정도 존재한다. 이러한 공정들은 모두 스테퍼(Stepper) 또는 스캐너(Scanner) 노광 장비를 이용하여 수행된다.
두 장비 모두 마스크를 사용하는데, 이 경우 자연적인 현상이나 빛의 간섭현상들에 의해 공정의 정밀도가 떨어지게 된다. 또한 스캐너 장비의 경우 매우 고가인데다가 웨이퍼를 부분적으로 노광하므로 여러 번 노광을 실시해야 하는 불편함과 시간이 오래 걸린다는 문제가 있다.
상술한 바와 같이, 노광 장비에 있어서 스테퍼 또는 스캐너는 공정 시간이 오래 걸리고, 고가라는 문제가 있다. 또한, 마스크를 사용하는 등의 공정이 매우 복잡하여 공정 난이도 측면에서도 비효율적이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 빛의 간섭 현상을 이용한 웨이브 프론트 스플리팅 인터페로메터(Wave Front Splitting Interferometer)인 홀로그램(Hologram) 노광 장비를 이용함으로써, 라인이나 홀의 반복적인 패턴들을 빠르고 간편하게 형성할 수 있는 홀로그램 노광 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서,
본 발명의 제 1 실시예에 따른 홀로그램 장치는 먼저 광원(Source), 상기 광원으로부터 조사된 빛을 웨이퍼에 조사하는 광원 증폭부(Beam Enhancement) 및 상기 웨이퍼를 부착하는 웨이퍼 스테이지부(Wafer Stage)를 구비한 홀로그램을 노광 장치에 있어서,
상기 웨이퍼 스테이지부는 회전 가능한 웨이퍼 홀더와,
상기 웨이퍼 홀더에 수직하며 상기 빛을 상기 웨이퍼 상부로 반사하는 거울을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따른 본 발명의 제 2 실시예로서, 상기 웨이퍼 스테이지부는 상기 웨이퍼 상부에 구비되어 상기 웨이퍼의 소정 영역을 선택적으로 노광하기 위한 바이너리 마스크를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 홀로그램 노광 장치는 상기 광원 증폭부(Beam Enhancement) 및 웨이퍼 스테이지부(Wafer Stage) 사이에 이멀젼(Immersion) 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
홀로그램 노광 장치는 상기한 바와 같이 광원(Source), 광원 증폭부(Beam Enhancement) 및 웨이퍼 스테이지부(Wafer Stage)의 세 부분으로 구성되어 있다.
광원은 주로 가스 튜브 레이저로 구성되며 튜브의 가스에 따라서 365nm, 248nm 및 193nm 파장의 빛을 발산하게 된다.
표 1은 광원의 파장에 따라 형성되는 패턴의 크기를 나타낸 것이다.
파장 최소 피치 (입사각 : 10°) 최대 피치 (입사각 : 80°)
193 nm 98 nm 550 nm
248 nm 126 nm 707 nm
365 nm 185 nm 1040 nm

도 3은 광원 증폭부를 간략하게 도시한 개략도이다.
광원 증폭부(Beam Enhancement)의 목적은 웨이퍼 전면에 노광이 가능하도록 광원의 직경을 늘려주며 가우시안 노이즈(Gaussian Noise)를 제거하는 역할을 한다. 이 부분은 평행 렌즈(Plano-Convex Lens)(10) 및 핀 홀(Pin Hole)(20)로 구성되며 광원으로부터 방사된 빛이 평행 렌즈(10)에 수직하게 입사한 후 핀 홀(20)을 통과하면서 프랜호퍼 회절(Fraunhofer Diffraction) 현상이 일어나게 된다. 회절된 빛이 닿는 면을 반응 평면(30)이라고 할 때, 평행 렌즈(10)에서부터 핀 홀(20)까지의 거리를 초첨 거리(Focal Length)(ⓕ)라고 하고 핀 홀(20)에서부터 반응 평면(30)까지의 거리를 진행 거리(Distance)(ⓓ)라고 한다. 이때, 핀 홀(30)을 통과한 광원이 회절로 인해 벌어지는 크기는 진행 거리(ⓓ)에 비례한다.
도 4는 광원의 지름 대 반응 거리(ⓓ)에 대한 그래프이다.
도 4를 참조하여 200mm 및 300mm 웨이퍼를 노광하기 위하여 필요한 거리를 광원별로 구하면 193nm 광원의 경우 대략 8.49m 가 필요한 것을 알 수 있다.
마지막으로, 웨이퍼 스테이지부(Wafer Stage)의 주기능은 부착된 웨이퍼에 직접 도달하는 빛과 거울에서 반사되는 빛 사이에서 발생하는 상쇄 간섭효과를 이용하여 웨이퍼에 라인/스페이스 패턴이 형성되도록 하는 것이다.
도 5는 입사각도의 변화에 따른 라인/스페이스 패턴의 피치 크기(Pitch Size)를 도시한 그래프이다.
광원의 입사 각도가 낮아 질수록 라인/스페이스 패턴의 피치 크기는 증가한다.
상술한 바와 같이 홀로그램 노광 장치를 이용하면 반복적인 라인/스페이스 패턴을 웨이퍼에 마스크 없이 직접 형성할 수 있으며 1차 노광 후 웨이퍼를 90도 회전시켜 2차 노광을 실시하면 웨이퍼 상에 매트릭스 형태의 홀 패턴을 형성 할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 회전 가능한 웨이퍼 홀더(Wafer Holder)가 구비된 홀로그램 노광 장치의 웨이퍼 스테이지를 도시한 개략도이다.
도 6을 참조하면, 광원(100)의 가스 튜브(110) 내에서 방사된 빛은 셔터(210)를 통과하여 광원 증폭부(Beam Enhancement)(200)로 입사된다. 입사된 빛은 반사 거울(220)에 의해 방향이 전환되고 평형 렌즈(230) 및 핀 홀(240)통과하여 웨이퍼 스테이지(300)에 조사된다.
이때, 웨이퍼 스테이지(300) 부는 회전 가능한 웨이퍼 홀더(330) 및 웨이퍼 홀더(330)에 수직하며 광원 증폭부(200)로부터 조사된 빛을 웨이퍼(320) 상부로 반 사하는 거울(310)을 포함한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 반도체 소자의 반복적인 패턴이 형성된 것을 도시한 사시도들이다.
도 7은 홀로그램 노광 장치를 이용하여 노광을 한번만 실시한 후 형성된 라인/스페이스 패턴을 도시한 것이다. 웨이퍼(320) 상에 피식각층(325)이 형성되어 있고 그 상부에 감광막으로 이루어진 반복적인 라인/스페이스 패턴이 형성되어 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 의해서 형성된 반복적인 홀 패턴(345)을 도시한 것이다. 먼저 제 1차 노광을 실시하여 라인/스페이스 이미지를 전사시킨 후 웨이퍼 홀더를 90도 회전시켜서 매트릭스 형태의 홀 패턴(345)이 형성되도록 제 2차 노광을 실시하고 이를 현상하여 패턴을 완성한다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 웨이퍼 스테이지부를 도시한 개략도로서 선택적 노광을 하기 위한 바이너리 마스크를 더 구비하고 있는 것을 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 웨이퍼 홀더(미도시)에 장착된 웨이퍼(320) 상부에 웨이퍼의 소정 영역을 선택적으로 노광하기 위한 바이너리 마스크(500)를 더 포함하고 있다. 차광(510) 및 투광(520)의 두 가지 패턴만으로 구성된 것이 바이너리 마스크(500)이다. 바이너리 마스크(500)를 사용하면 투광 패턴(520)이 형성된 영역에만 상쇄 간섭 패턴을 더 효율적으로 형성할 수 있게 된다. 그에 따른 일례로 도 9에 도시된 바이너리 마스크는(500) 투광 패턴(520)이 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 한다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따라 이멀젼(Immersion) 장치를 도입한 홀로그램 노광 장치를 도시한 개략도이다.
도 10을 참조하면, 광원 증폭부(200) 및 웨이퍼 스테이지부(Wafer Stage)(300) 사이에 이멀젼 장치를 더 포함시켜 홀로그램 노광 장치를 구성한다. 이멀젼 장치는 빛이 통과하는 경로에 액체를 위치시켜 빛의 파장을 변화시킴으로써 형성하고자 하는 패턴의 분해능(Resolution)을 향상시키는 기능을 한다.
표 2는 이멀젼 장치의 액체를 물(n=1.47)로 형성하였을 경우 나타나는 유효파장에 따라 형성되는 패턴의 크기를 나타낸 것이다.
파장 최소 피치 (입사각 : 10°) 최대 피치 (입사각 : 80°)
193 nm 66.6 nm 374.3 nm
248 nm 85.6 nm 481 nm
365 nm 126 nm 707.9 nm

표 1과 비교하였을 때 패턴의 크기를 더 미세하게 만들 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 홀로그램 노광 장치에 회전 가능한 웨이퍼 홀더를 더 형성하고 이중 노광함으로써, 반복적인 형태의 홀 패턴을 형성하는 시간을 단축시킬 수 있고, 웨이퍼 스테이지부에 바이너리 마스크를 더 포함시켜 더 효율적으로 원하는 영역에만 상쇄 간섭 패턴이 형성되도록 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이멀젼 장치를 더 구비하여 분해능을 향상시키면서도 반복적인 패턴을 형성하는 공정시간을 단축시키고, 공정난이도를 낮출 수 있으며 공정 비용도 적게 들 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 광원, 상기 광원으로부터 조사된 빛을 웨이퍼에 조사하는 광원 증폭부 및 상기 웨이퍼를 부착하는 웨이퍼 스테이지부를 구비한 홀로그램을 노광 장치에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지부는 회전 가능한 웨이퍼 홀더와,
    상기 웨이퍼 홀더에 수직하며 상기 빛을 상기 웨이퍼 상부로 반사하는 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 스테이지부는 상기 웨이퍼 상부에 구비되어 상기 웨이퍼의 소정 영역을 선택적으로 노광하기 위한 바이너리 마스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 노광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이너리 마스크는 상기 웨이퍼의 소정영역에 대응하는 영역에 매트릭스 형태로 배열된 투광 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 노광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 증폭부 및 웨이퍼 스테이지부 사이에 이멀젼(Immersion) 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 노광 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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