KR20060031999A - 회로 패턴의 노광을 위한 장치 및 방법, 사용되는포토마스크 및 그 설계 방법, 그리고 조명계 및 그 구현방법 - Google Patents

회로 패턴의 노광을 위한 장치 및 방법, 사용되는포토마스크 및 그 설계 방법, 그리고 조명계 및 그 구현방법 Download PDF

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Abstract

제1 방향의 회로 패턴 및 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴을 한 번의 노광으로 형성하기 위한 노광 시스템이 개시된다. 상기 노광 시스템은 포토마스크 및 복합 편광 조명계를 포함한다. 상기 포토마스크는 웨이퍼에 실제로 전사되는 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴 및 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴 그리고 편광자로 작용하며 상기 스페이스에 위치하며 상기 라인에 수직인 격자 패턴을 포함한다. 상기 복합 편광 조명계는 상기 제1 방향의 편광으로 구현되는 제1 조명계 및 상기 제2 방향의 편광으로 구현되는 제2 조명계를 포함한다. 따라서, 한 번의 노광 공정으로 서로 다른 제1 방향 및 제2 방향의 회로 패턴을 웨이퍼에 전사할 수 있다.
노광, 조명계, 편광, 변형 조명계

Description

회로 패턴의 노광을 위한 장치 및 방법, 사용되는 포토마스크 및 그 설계 방법, 그리고 조명계 및 그 구현 방법{Apparatus And Method For Pattern Exposure, Photomask Used Therefor, Design Method For The Photomask, Illuminating System Therefor and Implementing Method For The Illuminating System}
도 1 및 도 2는 웨이퍼 상에 형성되는 대표적인 미세 회로 패턴을 위한 라인/스페이스 (line/space) 회로 패턴들을 구비하는 포토마스크를 개략적으로 도시한다.
도 3은 포토마스크를 제작하는 일반적인 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 웨이퍼 상에 형성되는 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 개략적으로 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 수직 라인/스페이스 회로 패턴 형성에 사용되는 두 장의 포토마스크들을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 다이폴 변형 조명계를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크를 개략적으로 도시하며 도 7b는 도 7a의 선 I-I' 을 따라 절단했을 때의 포토마스크를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 구비하는 포토마스크(80)를 개략적으로 도시한다.
도 9 내지 도 11에는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 다양한 포토마스크를 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 라인/스페이스 회로 패턴을 구비하는 포토마스크를 제작하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 13은 도 8의 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 갖는 포토마스크를 노광하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 편광 변형 조명계를 개략적으로 도시한다.
도 14는 도 8의 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 갖는 포토마스크를 노광하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 애뉼라 조명계 및 다이폴 조명계를 채택한 복합 편광 변형 조명계를 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 시스템 (150)을 개략적으로 도시한다.
도 16a 내지 도 16g는 다양한 공간적 모양들을 갖는 광선들을 보여주는 도면들이다.
도 17a는 본 발명에 따른 빔 형상 장치에서 발견할 수 있는 홀로그램 무늬를 보여주는 평면도이다.
도 17b는 도 17a에 도시된 홀로그램 무늬를 이용하여 형성되는 광선의 공간적 세기 분포를 보여주는 도면이다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 편광 제어기를 설명하기 위한 도면들이다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 제어기를 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명은 노광 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 반도체 제조 공정의 노광 시스템에 사용되는 포토마스크 및 조명계에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 제조 공정은 포토마스크(photomask)에 도안된 회로 패턴을 웨이퍼 상에 도포된 웨이퍼 포토레지스트막(wafer photoresist layer, WPR)으로 전사시키는 사진 공정의 단계를 포함한다. 포토마스크에 도안된 회로 패턴을 조명계를 사용하여 노광하여 포토마스크의 회로 패턴의 정보를 웨이퍼 포토레지스트막에 전달한다. 사진 공정을 통해 형성되는 웨이퍼 포토레지스트 패턴(WPR pattern)은 그 하부에 놓인 물질막을 식각하기 위한 마스크로 사용된다. 이때, 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭은 반도체 제품의 집적도를 결정하는 가장 중요한 기술적 변수이며, 집적도는 반도체 제품의 가격에 영향을 주는 주된 기술적 요인이다. 따라서, 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭을 줄이기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.
선폭을 줄이기 위해서는, 보다 높은 해상도를 갖는 광학 장치가 필요하게 되었다. 아래 수식 1의 레일리의 방정식(Rayleigh's equation)은 광학 장치의 해상도 (Wmin)를 높이기 위한 본질적인 방법을 제시한다.
<수식 1>
Wmin=k1 λ/NA
즉, 높은 해상도를 얻기 위해서는 빛의 파장(λ)과 공정 상수(k1)는 줄이고, 개구수(NA)는 증가시키는 것이 필요하다. 빛의 파장을 줄이기 위한 노력의 결과로서, 노광 장치에서 사용되는 광선의 파장은 1982년의 G-line(436nm)에서부터 최근의 ArF 레이저 파장(193nm)까지 감소하였으며, 조만간 F2 레이저 파장(157nm)까지 감소할 예정이다. 또한, 개선된 포토마스크, 개선된 렌즈, 우수한 포토레지스트, 개선된 공정 제어 및 해상도 증가 기술 등이 노광 공정에 사용됨에 따라, 공정 상수 k1은, 최근에는 0.45까지 감소되었다.
한편, 개구수(NA)는, G-line 시기의 0.3, KrF(248nm) 시기의 0.6을 넘어 최근 ArF(193nm)에서는 0.7 이상까지 증가하고 있다. 이러한 개구수의 증가는 적어도 극자외선(extreme ultra violet, EUV(13.5nm))를 사용하기 전까지는 계속될 것으로 예상되고 있다. 또한, 액체담금(immersion) 기술이 사용될 경우, 193nm의 광은 보다 오랫동안 반도체 노광 장치의 광원으로 사용될 것으로 기대된다.
선폭을 줄이는 것 못지 않게 미세 패턴을 안정적으로 형성하기 위해서는 아래 수식 2로 기술되는 탈초점 여유도(DOF)를 높일 필요가 있으며 이를 위해 최근 변형 조명계를 사용하고 있다.
<수식 2>
DOF= k2 * (Wmin)2/λ
변형 조명계는 포토마스크로부터 발생하는 간섭광을 웨이퍼 상의 포토레지스트막 쪽으로 많이 모아 포토마스크의 정보를 보다 많이 전달하기 때문에 미세 패턴을 안정적으로 형성할 수 있다.
웨이퍼 상에 형성되는 미세 회로 패턴의 대표적인 것으로서 라인/스페이스 (line/space) 회로 패턴이 있으며 이를 위한 포토마스크가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 도 1의 포토마스크(10)의 라인/스페이스 회로 패턴(18)은 횡 (x축 방향)으로 달리며 스페이스(16)에 의해 이격된 서로 평행한 라인 패턴(14)으로 이루어진다. 라인 패턴(14)은 크롬으로 이루어지며 석영 기판(12) 상에 형성된다. 한편 도 2의 포토마스크(10)의 라인/스페이스 회로 패턴(28)은 종 (y축 방향)으로 달리며 스페이스(26)에 의해 이격된 서로 평행한 라인 패턴(24)으로 이루어진다.
한편, 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭 균일성(uniformity)은 제품의 수율에 크게 영향을 미치기 때문에, 선폭의 균일성에서의 향상을 수반하지 않는 집적도의 증가는 아무런 기술적 이점이 없다. 이에 따라, 집적도의 증가에 상응하도록, 선폭의 균일성을 향상시키기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있다. 특히, 웨이퍼 포토레지스트 패턴은 포토마스크에 도안된 회로 패턴이 사진 공정을 통해 전사된 결과물이기 때문에, 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 형태적 특성들은 포토마스크의 상응하는 특성에 본질적으로 영향을 받는다. 이에 따라, 웨이퍼 포토레지스트 패턴의 선폭 균일성을 향상시키기 위한 방법으로, 포토마스크에 도안된 회로 패턴들의 선 폭 균일성을 향상시키는 방법이 고려되고 있다.
도 3은 이와 같은 포토마스크를 제작하는 일반적인 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 1을 참조하면, CAD 또는 OPUS 등과 같은 컴퓨터 프로그램을 사용하여 반도체 제품의 회로 패턴을 설계한다. 설계된 회로 패턴은 소정의 기억 장치에 전자적 데이터(electronic data)로써 저장된다(D1). 이후, 전자빔을 사용하여 석영 기판 상에 형성된 포토레지스트막의 소정영역을 조사(irradiate)하는 노광 공정(S2)을 실시한다. 노광 공정(S2)에서 조사되는 영역은 상기 설계 데이터로부터 추출된 노광 데이터(D2)에 의해 결정된다. 노광된 포토레지스트막은, 현상 공정(S3)을 통해, 그 하부의 크롬막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 노출된 크롬막을 플라즈마 건식 식각하여, 석영 기판을 노출시키는 크롬 패턴을 형성한다(S4). 건식 식각 공정(S4)은 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 실시되며, 포토레지스트 패턴은 식각 공정 이후 제거된다.
이와 같은 방식으로 제조된 포토마스크를 변형 조명계를 사용하여 노광하여 포토마스크의 회로 패턴의 정보를 웨이퍼 상의 포토레지스트막에 전달한다.
도 4는 실제 웨이퍼 상에 형성되는 수직한 라인/스페이스 회로 패턴(480)을 개략적으로 도시한다. 수직한 라인/스페이스 회로 패턴(480)은 횡 (x 축방향)으로 달리는 라인/스페이스 회로 패턴(480a) 및 여기에 연결되며 종 (y축 방향)으로 달리는 라인/스페이스 회로 패턴(480b)으로 구성된다. 이 같은 수직 라인/스페이스 회로 패턴(480)을 형성하기 위해서는 두 장의 포토마스크 및 이들 각각에 대한 노광 공정을 필요로 한다. 즉, 수직 라인/스페이스 회로 패턴(480)을 형성하기 위해 서는 두 장의 포토마스크 및 두 번의 노광 공정이 요구된다. 수직 라인/스페이스 회로 패턴(480)을 위한 포토마스크들이 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 도 5a는 석영 기판(52a) 상에 횡 방향 (x축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴(58a)을 구비한 제1 포토마스크(50a)를 도시하고, 도 5b는 석영 기판(52b) 상에 종 방향 (y축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴(58b)을 구비한 제2 포토마스크(50b)를 도시한다.
먼저 제1 포토마스크(50a)를 제1 변형 조명계를 사용하여 노광하고 이어서 제2 포토마스크(50b)를 제2 변형 조명계를 사용하여 노광한다. 이어서 웨이퍼 상의 포토레지스트막을 현상하여 도 4의 수직 라인/스페이스 회로 패턴(480)에 대응하는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 제1 포토마스크(50a) 및 제2 포토마스크(50b)는 서로 다른 방향이기 때문에, 서로 다른 위치의 광투과 영역을 가지는 변형 조명계가 사용된다. 예컨대, 제1 포토마스크(50a)를 노광하기 위해서 종 방향 (y축 방향)으로 배열된 광투과 영역(61a)을 가지는 도 6a의 다이폴(dipole) 조명계(60a)가 사용되고 제2 포토마스크(50b)를 노광하기 위해서 횡 방향 (x축 방향)으로 배열된 광투과 영역(61b)을 가지는 도 6b의 다이폴(dipole) 조명계(60b)가 사용된다.
이와 같은 이중 마스크 사용 및 이중 노광은 수율 감소를 필연적으로 동반하며, 1차 노광 및 2차 노광 사이의 지연에 의한 영향 그리고 제1 포토마스크 및 제2 포토마스크 사이의 중첩과 관련된 문제 등을 가진다.
한편, 도 4의 수직 라인/스페이스 회로 패턴(480)에 상응하는 회로 패턴을 가지는 포토마스크를 사용하여 한 번의 노광으로 도 4의 수직 라인/스페이스 회로 패턴(480)을 형성하는 것을 고려해 볼 수 있다. 하지만, 이 경우 x 축 방향의 라인 /스페이스 회로 패턴은 그것에 최적인 노광뿐만 아니라 y축 방향의 라인/스페이스 회로 패턴에 최적인 노광도 받는다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 따라서 정밀한 수직 라인/스페이스 회로 패턴을 형성할 수 없다. 즉, x 축 방향의 라인/스페이스 회로 패턴은 그것에 최적의 노광인 x 축 방향의 편광에 의한 노광뿐만 아니라, y축 방향의 편광에 의한 노광도 받게 된다. 마찬가지로 y축 방향의 라인/스페이스 회로 패턴도 x 축 방향의 편광에 의한 노광도 받게 된다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 한 번의 노광으로 수직 라인/스페이스 패턴을 형성할 수 있는 노광 장치 및 방법, 거기에 사용되는 포토마스크 및 그 설계 방법, 그리고 조명계 및 그 구현 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들은 포토마스크를 제공한다. 이 포토마스크는 라인/스페이스 회로 패턴; 그리고, 상기 라인/스페이스 회로 패턴의 스페이스에 위치하고, 상기 회로 패턴의 라인이 달리는 방향에 수직이며 광원의 파 장보다 작은 피치를 가지는 격자 패턴을 포함한다.
이와 같은 회로 패턴에서 상기 격자 패턴은 편광자로 작용하며, 따라서 상기 라인/스페이스 회로 패턴의 라인 패턴이 달리는 방향의 편광에 의해 상기 포토마스크가 노광되는 효과를 얻게 된다.
예컨대, 상기 회로 패턴이 x축 (또는 y축) 방향으로 달린다면, 상기 격자 패턴은 x축 (또는 y축) 방향의 라인 패턴들 사이의 스페이스에 위치하며 상기 x 축 ( 또는 y축) 방향의 라인 패턴들에 직교하도록 y 축 (또는 x 축) 방향으로 달리며, y축 (또는 x축) 방향의 격자 패턴의 피치는 광원의 파장보다 작다.
일 실시예에 있어서, 상기 라인/스페이스 회로 패턴은 제1 방향 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 달리는 수직 라인/스페이스 회로 패턴이다. 이 경우, 상기 격자 패턴은 상기 제1 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하며 상기 제1 방향에 수직인 제1 방향의 제1 격자 패턴 및 상기 제2 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하며 상기 제2 방향에 수직인 제1 방향의 제2 격자 패턴을 포함한다.
본 발명의 실시예들은 상기 수직 라인/스페이스 회로 패턴을 구비하는 포토마스크를 설계하는 방법을 제공한다. 이 방법은 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제1 설계 데이터를 준비하고; 상기 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴의 라인에 수직이며 그것의 스페이스에 배치되는 제1 격자 패턴의 위치를 규정하는 포토마스크의 제2 설계 데이터를 준비하고; 상기 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제3 설계 데이터를 준비하고; 상기 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴의 라인에 수직이며 그것의 스페이스에 배치되는 제2 격자 패턴의 위치를 규정하는 포토마스크의 제4 설계 데이터를 준비하고; 상기 설계 데이터들을 이용하여 상기 제1 방향 및 제2 방향의 회로 패턴 및 상기 제1 및 제2 격자 패턴들을 형성하기 위한 노광 좌표를 규정하는 노광 데이터를 준비하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예들은 상기 수직 라인/스페이스 회로 패턴의 노광을 조절하기 위한 복합 편광 조명계를 제공한다. 이 복합 편광 조명계는 상기 제1 격자 패턴 을 위한 상기 제1 방향의 편광으로 구현되는 제1 변형 조명계; 그리고, 상기 제2 격자 패턴을 위한 상기 제2 방향의 편광으로 구현되는 제2 변형 조명계를 포함한다.
따라서 이 같은 복합 편광 조명계를 사용하면 한 번의 노광으로 상기 라인/스페이스 패턴의 제1 방향 및 제2 방향에 대하여 각각 최적의 노광이 이루어질 수 있다. 즉, 제1 변형 조명계는 제1 방향의 편광으로 노광되고, 상기 제2 방향의 라인/스페이스 패턴의 제2 격자 패턴이 제2 방향의 편광자로 작용하기 때문에, 제1 변형 조명계에 의한 제1 방향의 편광은 제2 방향의 라인/스페이스 패턴에 영향을 주지 않는다. 마찬가지로, 제2 변형 조명계는 제2 방향의 편광으로 노광되고, 상기 제1 방향의 라인/스페이스 패턴의 제1 격자 패턴이 제1 방향의 편광자로 작용하기 때문에, 제2 변형 조명계에 의한 제2 방향의 편광은 제1 방향의 라인/스페이스 패턴에 영향을 주지 않는다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 변형 조명계의 투광영역 및 상기 제2 변형 조명계의 투과영역이 중첩되는 영역은 무편광으로 구현된다.
본 발명의 실시예들은 서로 다른 방향의 편광으로 구현된 복수 개의 변형 조명계들을 포함하는 복합 편광 조명계를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 복합 편광 조명계는 제1 변형 조명계 및 제2 변형 조명계를 포함하고, 상기 제1 변형 조명계는 제1 방향의 편광으로 구현되고, 상기 제2 변형 조명계는 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향의 편광으로 구현된다.
이 같은 복합 편광 조명계를 사용하면, 서로 수직인 제1 방향의 라인/스페이 스 패턴 및 제2 방향의 라인/스페이스 패턴을 포함하는 라인/스페이스 패턴을 한 번의 노광 공정으로 웨이퍼 상의 포토레지스트막에 전사시킬 수 있다. 또한, 제1 방향 및 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴을 각각 별개의 포토마스크로 제작할 필요가 없다.
본 발명의 실시예들은 노광 시스템은 제공한다. 이 노광 시스템은 노광을 위한 광원; 상기 광원에 의해 노광되며 적어도 서로 수직인 제1 방향 및 제2 방향으로 달리는 라인/스페이스 회로 패턴을 가지되, 상기 제1 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하고 상기 제1 방향에 수직이며 상기 광원의 파장보다 작은 라인 피치를 가지는 제1 격자 패턴 및 상기 제2 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하고 상기 제2 방향에 수직이며 상기 광원의 파장보다 작은 라인 피치를 가지는 제2 격자 패턴을 포함하는 포토마스크; 그리고, 상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에 위치하며 상기 포토마스크의 노광 영역을 조절하되, 상기 제1 격자 패턴을 위한 상기 제1 방향의 편광으로 구현되는 제1 변형 조명계 및 상기 제2 격자 패턴을 위한 상기 제2 방향의 편광으로 구현되는 제2 변형 조명계를 포함하는 복합 편광 변형 조명계를 포함한다.
이 같은 노광 시스템에 따르면, 한 장의 포토마스크 및 한 번의 노광 공정에 의해서 수직 라인/스페이스 회로 패턴이 형성될 수 있다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
또한 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1 방향, 제2 방향 등의 용어가 라인/스페이스 패턴, 격자 패턴 등이 달리는 방향을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 패턴들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 또한 이들 용어들은 단지 어느 방향의 패턴을 다른 방향의 패턴과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1 방향으로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2 방향으로 언급될 수 도 있다.
(포토마스크 및 그 설계)
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크를 개략적으로 도시하며 도 7b는 도 7a의 선 I-I' 을 따라 절단했을 때의 포토마스크를 개략적으로 도시한다.
도 7a를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크(70)는 제1 방향 (y 축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴(78) 및 제2 방향 (x축 방향)의 격자 패턴(79) 을 포함한다. 라인/스페이스 회로 패턴(78) 및 격자 패턴(79)은 불투명하며 투명한 석영 기판(72) 상에 형성된다. 라인/스페이스 회로 패턴(78)은 서로 이격된 제1 방향의 라인 패턴(74)들로 이루어지면 이들 라인 패턴(78)들 사이에 스페이스(76)가 정의된다. 라인 패턴(74)들 사이의 스페이스(76)에 격자 패턴(79)이 위치하며 격자 패턴(79)은 라인 패턴(74)에 수직이다. 라인/스페이스 회로 패턴(78)의 피치(p1)는 광원의 파장(λ) 보다 크며 격자 패턴(79)의 피치(p2)는 광원의 파장(λ)보다 작다. 따라서, 격자 패턴(79)은 편광자로 작용하며 그것의 방향에 수직인 방향 (제1 방향)의 광만을 투과시킨다. 환언하면, 라인 패턴(74)에 수평한 방향의 광을 투과시킨다. 이를 도 7b를 참조하여 설명하기로 한다.
광의 모든 편광 상태는 상호 수직인 두 편광 성분의 합으로 나타낼 수 있다. 이때, 입사평면 (입사광선, 굴절광선, 반사광선 및 법선을 포함하는 수직 절단면에 평행인 편광을 수평 편광(TM 모드)이라 부르고, 입사평면에 수직인 편광을 수직 편광(TE 모드)이라 부른다.
도 7b를 참조하여, 광원(701)의 파장(λ)보다 격자 패턴(76)의 피치(p2)가 작기 때문에, 격자 패턴(76)은 그것의 방향에 수직인 광 (TM 모드)만을 투과시킨다. 즉, 격파 패턴(76)은 라인/스페이스 회로 패턴(78)의 방향에 수평인 광(TE 모드) 만을 통과시킨다. 결국 본 발명에 따르면 라인/스페이스 회로 패턴(78)을 TE 모드 편광된 빛으로만 노광하는 효과를 얻을 수 있게 된다. 따라서 라인/스페이스 회로 패턴(78)을 보다 정밀하게 웨이퍼 상에 전사시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 구비하는 포토마스크(80)를 개략적으로 도시한다. 본 실시예에 따른 포토마스크 (80)의 수직한 라인/스페이스 회로 패턴(88)은 서로 다른 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(88a, 88b)을 포함한다. 라인/스페이스 회로 패턴(88)은 제1 방향 (x축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴(88a) 및 여기에 수직인 제2 방향 (y축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴(88b)으로 이루어진다. 제1 방향 (x 축 방향) 의 라인/스페이스 회로 패턴(88a)의 라인 패턴(84a)들 사이의 스페이스(86a)에는 제2 방향 (y축 방향)의 격자 패턴(89a)이 위치한다. 그리고, 제2 방향 (y축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴(88b)의 라인 패턴(84b) 사이의 스페이스(86b)에는 제1 방향 (x축 방향)의 제2 격자 패턴(89b)이 위치한다.
제2 방향의 제1 회절 패턴(89a)은 그것의 방향에 수직인 방향 (제1 방향)의 광만을 투과시키고 제1 방향의 제2 회절 패턴(89b)은 그것의 방향에 수직인 방향 (제2 방향)의 광만을 투과시킨다. 따라서, 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(88a) 및 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(88b)이 모두 TE 모드 편광으로 노광되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 한 번의 노광 공정으로 종래 두 번의 노광 공정에 따른 효과를 얻을 수 있다.
도 9 내지 도 11에는 본 발명의 여러 실시예들에 따른 다양한 포토마스크를 도시한다. 도 9를 참조하면 도 8의 포토마스크와 달리 도 9의 포토마스크(90)는 서로 분리되어 있으며 서로 다른 방향의 (제1 방향 및 제2 방향) 라인/스페이스 회로 패턴들(98a, 98b)을 포함하다. 도 10을 참조하면, 포토마스크(100)는 제1 방향 및 제2 방향의 수직한 라인/스페이스 회로 패턴(98), 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(98a) 및 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(98b)을 포함한다. 도 11을 참조 하면, 포토마스크(110)는 사각 루프 형태의 라인/스페이스 회로 패턴(118)을 포함한다.
이제 상술한 여러 포토마스크들을 설계하는 방법에 대하여 설명을 하기로 한다. 일 예로서 도 8의 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 설계하는 방법을 도 8 및 도 12를 참조하여 설명을 한다. 다른 형태의 라인/스페이스 회로 패턴의 설계 방법은 이하에서 설명되어질 도 12를 참조하여 설명되는 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 설계하는 방법과 대동소이하므로 생략을 한다.
도 12를 참조하여, CAD 또는 OPUS 등과 같은 컴퓨터 프로그램을 사용하여 반도체 제품의 도 8에 도시된 격자 패턴들을 구비하는 수직한 라인/페이스 회로 패턴을 설계한다. 설계된 수직한 라인/스페이스 회로 패턴은 소정의 기억 장치에 전자적 데이터(electronic data)로써 저장된다(D1). 본 발명에 따르면, 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(84a)을 위한 포토마스크의 제1 설계 데이터, 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(84b)을 위한 포토마스크의 제2 설계 데이터, 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(84a)의 스페이스에 위치하는 제2 방향의 제1 격자 패턴(89a)을 위한 포토마스크의 제3 설계 데이터, 그리고 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(84b)의 스페이스에 위치하는 제1 방향의 제2 격자 패턴(89)을 위한 포토마스크의 제4 설계 데이터가 준비되어 소정의 기억 장치에 전자적 데이터로써 저장된다. 도 7a 및 도 7b의 포토마스크(70)의 경우, 포토마스크의 제1 및 제 3 데이터가 준비될 것이다.
이후, 전자빔을 사용하여 석영 기판(82) 상에 형성된 포토레지스트막의 소정 영역을 조사(irradiate)하는 노광 공정(S2)을 실시한다. 노광 공정(S2)에서 조사되는 영역은 상기 제1 내지 제4 설계 데이터로부터 추출된 노광 데이터(D2)에 의해 결정된다. 노광된 포토레지스트막은, 현상 공정(S3)을 통해, 그 하부의 크롬막을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 노출된 크롬막을 플라즈마 건식 식각하여, 석영 기판을 노출시키는 크롬 패턴을 형성한다(S4). 건식 식각 공정(S4)은 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 실시되며, 포토레지스트 패턴은 식각 공정 이후 제거된다. 이에 따라 편광자로서의 기능을 하는 회절 패턴을 구비한 수직한 라인/스페이스 회로 패턴이 완성된다.
이후 조명계를 사용하여 이 같은 회로 패턴을 노광하여 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트막에 회로 패턴을 전사시킨다.
(조명계 및 그 구현)
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명계를 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들에 따른 조명계에 따르면 소정 방향의 라인/스페이스 회로 패턴에 최적인 변형 조명계를 편광으로 구현된다. 예컨대, 제1 방향 (x축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴을 다이폴(dipole) 변형 조명계를 사용할 경우, 다이폴 변형 조명계의 두 개의 광투과 영역들은 제1 방향 (x축 방향)으로 정렬되고 제1 방향의 편광으로 구현된다. 마찬가지로 제2 방향 (y축 방향)의 라인/스페이스 회로 패턴을 다이폴(dipole) 변형 조명계를 사용할 경우, 다이폴 변형 조명계의 두 개의 광투과 영역들은 제2 방향 (y축 방향)으로 정렬되고 제2 방향의 편광으로 구현된다.
또한, 라인/스페이스 회로 패턴이 서로 다른 방향의 회로 패턴들을 가질 경 우, 거기에 대응하여 최적인 서로 다른 편광으로 구현된 변형 조명계들이 동시에 사용된다. 예컨대, 애뉼라(annular) 변형 조명계와 다이폴 변형 조명계를 사용할 수 있다. 이때, 두 변형 조명계의 광투과 영역들이 일부 중첩될 경우 중첩되는 영역은 무편광으로 구현되는 것이 바람직하다.
다른 방법으로, 서로 수직한 라인/스페이스 회로 패턴을 갖는 포토마스크를 위해서 쿼드러폴(quadrupole) 변형 조명계를 사용할 수 있다. 이때, 제1 방향 (x축 방향)으로 정렬된 두 개의 광투과 영역은 제1 방향 (x축 방향)의 편광으로 구현하고 제2 방향 (y축 방향)으로 정렬된 두 개의 광투과 영역은 제2 방향 (y축 방향)의 편광으로 구현한다.
이와 같은 본 발명의 복합 편광 조명계는 또한 전술한 포토마스크를 노광할 때 더욱 더 효과적이다.
이하에서 도 13 및 도 14를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 복합 편광 조명계를 설명하기로 한다. 도 13은 도 8의 수직한 라인/스페이스 회로 패턴(88)을 갖는 포토마스크를 노광하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 다이폴 복합 편광 변형 조명계(130)를 개략적으로 도시한다. 도 13을 참조하면, 복합 편광 조명계(130)는 제1 방향 (x축 방향)으로 배열된 두 개의 광투과 영역들(130a_1, 130a_2)을 갖는 제1 다이폴 변형 조명계(130a) 및 제2 방향 (y축 방향)으로 배열된 두 개의 광투과 영역들(130b_1, 130b_2)을 갖는 제2 다이폴 변형 조명계(130b)로 이루어진다. 도면에서 참조번호 134는 차광영역이다.
제1 다이폴 변형 조명계(130a)의 제1 방향의 광투과 영역들(130a_1, 130a_2) 은 제1 방향 (x 축 방향)의 편광으로 구현된다. 반면, 제2 다이폴 변형 조명계(130b)의 제2 방향의 광투과 영역들(130b_1, 130b_2)은 제2 방향 (y 축 방향)의 편광으로 구현된다. 따라서 이 같은 복합 편광 조명계(130)를 사용하여 도 8의 수직한 라인/스페이스 회로 패턴(88)을 노광하면, 제2 방향으로 배열된 광투과 영역들(130b_1, 130b_2)을 투과한 제2 방향의 편광은 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(88a)의 제1 격자 패턴(89a)에 의해서 차단된다. 마찬가지로, 제1 방향으로 배열된 광투과 영역들(130a_1, 130a_2)을 투과한 제1 방향의 편광은 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(88b)의 제2 격자 패턴(89b)에 의해서 차단된다. 따라서, 1회의 노광으로, 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(88a)은 제1 방향으로 배열된 광투과 영역들(130a_1, 130a_2)을 투과한 제1 방향의 편광에 의해서 노광되는 효과를, 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴(88b)은 제2 방향으로 배열된 광투과 영역들(130b_1, 130b_2)을 투과한 제2 방향의 편광에 의해서 노광되는 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 두 개의 다이폴 변형 조명계를 사용하는 대신 하나의 쿼드러폴 변형 조명계를 사용할 수 있다. 쿼드러폴 변형 조명계는 제1 방향 (x축 방향)으로 배열된 두 개의 광투과 영역들 및 제2 방향 (y축 방향)으로 배열된 두 개의 광투과 영역들을 갖는다.
제1 방향의 광투과 영역들은 제1 방향 (x 축 방향)의 편광으로 구현된다. 반면, 제2 방향의 광투과 영역들은 제2 방향 (y 축 방향)의 편광으로 구현된다.
이 같은 복합 편광 조명계(130)는 회절 패턴을 갖지 않는 수직한 라인/스페 이스 회로 패턴을 노광하기 위해서 사용될 수 도 있다. 이 경우, 제1 방향의 회로 패턴을 노광하는데 제2 방향으로 배열된 광투과 영역들(103b_1, 130b_2)을 투과한 편광이 영향을 줄 수 도 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 편광 변형 조명계(140)를 도시한다. 본 실시예의 복합 편광 변형 조명계(140)는 서로 다른 방향의 편광으로 구현되는 두 개의 변형 조명계들(140a, 140b)로 이루어진다. 도 14를 참조하면, 본 실시예의 조명계(140)는 제1 방향 (x축 방향)의 편광으로 구현되는 애뉼라 제1 변형 조명계(140a) 및 제2 방향 (y축 방향)의 편광으로 구현되는 다이폴 제2 변형 조명계(140b)로 이루어진다. 애뉼라 조명계(140a)는 원형의 광투과 영역(142a)을 구비한다. 다이폴 조명계(140b)는 제2 방향으로 배열된 두 개의 광투과 영역(142b_1, 142b_2)을 구비한다. 광투과 영역(142a) 및 광투과 영역(142b_1, 142b_2)이 중첩되는 영역(146)은 무편광 (또는 원래의 광원)으로 구현된다. 또 중첩 광투과 영역(146)에는 원래의 광원의 강도의 2배의 강도로 구현된다.
도면에서는 쿼드러폴 조명계 및 다이폴 조명계의 광투과 영역이 원형을 나타내었으나, 이는 단지 예시적인 것에 불과하며 다양한 형상을 나타낼 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 시스템 (150)을 개략적으로 도시한다. 본 발명의 노광 시스템(150)은 소정 파장(λ)의 광선(light beam)을 생성시키는 광원(light source, 151), 광원(151)으로부터 조사된 광을 집광하는 집광 렌즈(153)와, 노광 영역을 조절하기 위한 변형 조명계(155)와, 회로 패턴이 도안된 포토마스크(157)와, 포토마스크(157) 아래에 위치하는 축소투영 렌즈(159)와, 포토 레지스트막(161)이 도포된 웨이퍼(163)와, 웨이퍼(163)를 장착하는 웨이퍼 스테이지(165)를 포함한다.
앞서 설명한 본 발명의 조명계는 서로 다른 방향의 편광으로 구현된다. 이 같은 빛의 편광 상태를 공간적으로 제어하는 방법 및 시스템에 대하여 설명을 하기로 한다.
조명계(155)는 광원(151)에서 생성된 광선(L)을, 도 16a 내지 도 16g에 도시된 것과 같은, 다양한 공간적 모양(spatial profile)의 부분 광선들(partial beams, L') (광투과 영역들에 대응)로 변환시키기 위한 빔 형상 장치(beam shaper)를 포함한다. 빔 형상 장치는 광원(151)에서 생성된 광선(L)을 서로 다른 부분 경로들을 갖는 복수개의 부분 광선들(partial beams)로 분리한다. 예컨대, 두 개의 부분 관선들로 분리하면 전술한 다이폴 조명계에 대응하고, 네 개의 부분 광선들로 분리하면 쿼드러폴 조명계에 대응한다. 이러한 분리를 위해, 빔 형상 장치는 빛의 회절 현상을 이용하는 것이 바람직하며, 회절 광학 장치(diffraction optical element, DOE) 또는 홀로그램 광학 장치(hologram optical element, HOE) 등이 빔 형상 장치로 사용될 수 있다.
도 17a는 본 발명에 따른 빔 형상 장치(예를 들면, 홀로그램 광학 장치(HOE))에서 발견할 수 있는 홀로그램 무늬를 보여주는 평면도로서, 도 16e 또는 도 17b에 도시된 모양을 갖는 부분 광선(L')을 형성하기 위한 홀로그램 무늬에 해당한다. (1도 7a의 소정 영역(99)을 확대한) 도 18a에서 볼 수 있는 것처럼, 빔 형상 장치는 복수개의 부분 구역들로 나누어질 수 있다. 이 경우, 상기 홀로그램 무늬는 서로 다른 물리적 구조(예를 들면, 두께)를 갖는 상기 부분 구역들이 공간적으로 분포된 결과이다. 즉, 홀로그램 무늬는, 도 18a 및 도 18b에 도시된 것처럼, 서로 다른 두께를 갖는 제 1 부분 구역들(10a)과 제 2 부분 구역들(10b)로 구성된다.
부분 광선들(L')이 도 16a 내지 도 16g에 도시된 공간적 모양을 형성할 수 있도록, 상기 부분 구역들은 위치에 따라 다른 두께를 갖는다. 부분 구역들(10a, 10b)의 두께는 각 부분 구역을 통과하는 광선의 광학적 특성을 계산하여 결정되며, 이러한 계산에는 일반적으로 컴퓨터를 사용하여 푸리에 변환(Fourier Transformation)을 수행하는 단계가 포함된다. 빔 형상 장치를 제조하는 단계는 상기 각 부분 구역들의 두께를 계산한 후, 사진/식각 공정을 포함하는 소정의 패터닝 단계를 더 포함한다. 계산된 두께는 패터닝 단계에서 빔 형상 기판(beam shaping substrate, 200)의 식각 깊이를 결정하는데 이용된다.
도 18b는 본 발명에 따른 빔 형상 장치의 단면을 도 18a의 I-I'의 점선을 따라 도시하는 사시도이다. 도 18b를 참조하면, 각 부분 구역들은 제 1 두께(t1)를 갖는 제 1 부분 구역(10a)이거나 제 1 두께(t1)보다 두꺼운 제 2 두께(t2)를 갖는 제 2 부분 구역(10b)일 수 있다. 하지만, 부분 구역들(10a, 10b)이 더 많은 두께들 중의 하나를 갖도록 형성하는 실시예 역시 가능하다.
빔 형상 장치는 광선(light beam)을 적어도 한 개의 편광 제어된 부분 광선으로 바꾸는 편광 제어기(polarization controller)를 구성한다. 이를 위해, 빔 형상 장치의 표면에는 소정의 편광 패턴들(polarization patterns, 210)이 형성된다. 편광 패턴들(210)은 일 방향을 가지면서 부분 구역들 상에 형성되며, 그 결과 빔 형상 장치를 통과한 부분 광선들은 동일한 편광 상태를 갖게 된다.
편광 패턴들(210)은 도 18b 및 도 18c에 도시된 것처럼 소정의 피치(P)를 갖는 바 패턴들(bar patterns)일 수 있다. 바 패턴들(210)은 대략 1.3 내지 2.5의 굴절 계수(refractive index, n) 및 대략 0 내지 0.2의 흡광 계수(extinction index, k)을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 바 패턴들(210)은 ArF 포토레지스트, 실리콘 질화막(SiN) 및 실리콘 산화질화막(SiON) 중에서 선택된 적어도 한가지 물질일 수 있다.
도 19a는 서로 수직한 편광 상태를 갖는 부분 광선들을 형성하기 위한 편광제어기(303)를 설명하기 위한 도면이고, 도 19b는 본 발명에 따른 빔 형상 장치의 구조를 도 19a의 점선 I-I'에 따라 보여주는 사시도이다. 이처럼 서로 수직한 편광 상태를 갖는 부분 광선들을 형성하기 위한 편광제어기(303)는, 도시된 것처럼, 소정의 제 1 방향의 편광 상태를 만들 수 있는 제 1 가상 편광제어기(301)와 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향의 제 2 편광 상태를 만들 수 있는 제 2 가상 편광제어기(302)를 병합하는 과정을 통해 제조할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 가상 편광제어기(301, 302)의 제작 방법은 앞서 도 18a 및 도 18b에서 설명된 상기 빔 형상기의 제작 방법과 동일하다. 하지만, 제 1 및 제 2 가상 편광제어기(301, 302)는 편광제어기(303)를 제조하는 한가지 용이한 방법을 설명하기 위해 도입된 구조이기 때문에, 이들이 실제로 제작될 필요는 없다.
보다 자세하게는, 편광제어기(303)는 복수개의 부분 구역들(30)을 갖고, 제 1 및 제 2 가상 편광제어기들(301, 302)은, 도 18b에서 설명한 것처럼, 제 1 부분 구역(10a) 및 제 1 부분 구역(10a)보다 두꺼운 제 2 부분 구역(10b)들로 구성된다. 이때, 편광제어기(303)의 각 부분 구역(30)은, 도 19a에 도시된 것처럼, 상기 제 1 및 제 2 가상 편광제어기(301, 302)의 상응하는 위치의 부분 구역들을 병합한 결과물이다.
한편, 제 1 및 제 2 가상 편광제어기(301, 302)의 두께 분포는 이들을 통과하는 부분 광선들의 모양을 결정하고, 제 1 및 제 2 가상 편광제어기(301, 302)에 형성된 편광 패턴들의 방향은 부분 광선들의 편광 상태를 결정한다. 따라서, 이들의 병합된 결과물인 편광제어기(303)의 각 부분 구역(30)을 통과하는 광선은 제 1 및 제 2 가상 편광제어기들(301, 302)을 이용하여 개별적으로 만들 수 있는 부분 광선들의 중첩된 물리적 특성(예를 들면, 광선의 모양 및 편광 상태)을 갖는다.
도시된 본 발명의 실시예에 따르면, 편광제어기(303)의 부분 구역(30)은 제 1 하부 구역(30a)과 제 2 하부 구역(30b)으로 구성되고, 제 1 하부 구역(30a)은 제 1 가상 편광제어기(301)의 상응하는 위치의 부분 구역과 동일한 두께를 갖고, 제 2 하부 구역(30b)은 제 2 가상 편광제어기(302)의 상응하는 위치의 부분 구역과 동일한 두께를 갖는다. 결과적으로, 편광제어기(303)를 투과하는 부분 광선들의 모양은 제 1 및 제 2 가상 편광제어기들(301, 302)를 각각 투과한 부분 광선들을 중첩시킨 결과와 동일하다.
또한, 제 1 하부 구역(30a)과 제 2 하부 구역(30b)은, 도 19b에 도시된 것처럼, 제 1 및 제 2 가상 편광제어기(301, 302)의 상응하는 위치의 부분 구역들에 형 성된 편광 패턴들과 동일한 방향을 갖는 제 1 편광 패턴들(210a) 및 제 2 편광 패턴들(210b)을 각각 구비한다. 이에 따라, 제 1 하부 구역(30a)을 통과하여 형성된 부분 광선은 제 1 가상 편광제어기(301)를 통과하는 광선과 동일한 편광 상태를 갖고, 제 2 하부 구역들(30b)을 통과하여 형성되는 부분 광선은 제 2 가상 편광제어기(302)를 통과하는 광선과 동일한 편광 상태를 갖는다.
본 발명에 따른 편광 제어기는 일반화될 수 있다. 이러한 일반화된 구조는 더 복잡한 경우를 위해 사용될 수 있는 편광제어기를 설계/제작하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 편광제어기는 적어도 1보다 크거나 같은 n개의 부분 구역들(30)을 포함하고, 각 부분 구역들(30)은 적어도 1보다 크거나 같은 m개의 하부 구역들로 구성된다. 결과적으로, 상기 편광제어기는 nⅩm개의 하부 구역들로 구성된다.
이때, 하부 구역의 개수는 원하는 빔 모양을 형성하는데 요구되는 부분 광선들의 수인 것이 바람직하다. 원하는 모양의 부분 광선을 만들기 위해, 하부 구역들은 다양한 두께로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 각 부분 구역들에서 k(1≤k≤m)번째 하부 구역들의 두께는 k번째 부분 광선의 모양을 결정하는 파라미터이다.
또한, 본 발명에 따르면, i(1≤ i ≤ n)번째 부분 구역의 j번째 하부 구역과 k(k≠i 이면서 1≤ k ≤ n)번째 부분 구역의 j번째 하부 구역은 동일한 편광 특성을 제공할 수 있는 편광 패턴들이 배치된다. 예를 들면, 이들 영역에는 동일한 방향을 갖는 바 패턴들(210)이 배치된다. 이에 따라, 상기 j번째 하부 구역들에 의해 결정되는 j번째 부분 광선은 상기 j번째 하부 구역에 형성된 바 패턴들(210)에 의 해 결정된 편광 특성을 갖는다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 한 번의 노광 공정으로 이중 노광의 효과를 얻을 수 있어, 수율 향상을 기대할 수 있다.

Claims (29)

  1. 라인/스페이스 회로 패턴;
    상기 라인/스페이스 회로 패턴의 스페이스에 위치하고, 상기 회로 패턴의 라인 패턴이 달리는 방향에 수직이며 광원의 파장보다 작은 피치를 가지는 격자 패턴을 포함하는 포토마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 패턴은 적어도 서로 수직인 제1 방향 및 제2 방향으로 달리며,
    상기 격자 패턴은 상기 제1 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하며 상기 제1 방향에 수직인 제1 격자 패턴 및 상기 제2 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하며 상기 제2 방향에 수직인 제2 격자 패턴을 포함하는 포토마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 패턴은 제1 방향으로 달리며,
    상기 포토마스크는 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 달리는 또 다른 라인/스페이스 회로 패턴을 더 포함하되,
    상기 제1 방향의 회로 패턴은 그것의 스페이스에 위치하며 상기 제1 방향에 수직인 제1 격자 패턴을 포함하고,
    상기 제2 방향의 또 다른 회로 패턴은 그것의 스페이스에 위치하며 상기 제2 방향에 수직인 제2 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토마스크의 노광 영역을 조절하기 위한 조명계에 있어서,
    상기 조명계는 상기 회로 패턴이 달리는 방향의 개수에 상응하는 개수의 변형 조명계들을 포함하되,
    상기 변형 조명계들 각각은 상기 회로 패턴이 달리는 방향의 편광으로 구현되는 것을 특징으로 하는 편광 변형 조명계.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 포토마스크의 노광 영역을 조절하기 위한 조명계에 있어서,
    상기 조명계는:
    상기 제1 격자 패턴을 위한 상기 제1 방향의 편광으로 구현되는 제1 변형 조명계; 그리고,
    상기 제2 격자 패턴을 위한 상기 제2 방향의 편광으로 구현되는 제2 변형 조명계를 포함하는 복합 편광 변형 조명계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 변형 조명계의 투광영역 및 상기 제2 변형 조명계의 투과영역이 중첩되는 영역은 무편광으로 구현되는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  7. 광원에 의해 노광되는 포토마스크의 노광 영역을 조절하기 위한 조명계에 있어서,
    상기 조명계는 서로 다른 방향의 편광으로 구현된 복수 개의 변형 조명계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 편광 조명계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 변형 조명계들이 중첩되는 영역은 무편광으로 구현되는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 변형 조명계들은 제1 변형 조명계 및 제2 변형 조명계를 포함하고,
    상기 제1 변형 조명계는 제1 방향의 편광으로 구현되고,
    상기 제2 변형 조명계는 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향의 편광으로 구현되는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 변형 조명계들이 중첩되는 영역은 무편광으로 구현되는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 상기 제1 방향 및 제 2 방향으로 달리는 라인/스페이스 회로 패턴;
    상기 제1 방향으로 달리는 회로 패턴에 수직이며 상기 스페이스에 위치하고 상기 광원의 파장보다 작은 피치를 가지는 제1 격자 패턴; 그리고,
    상기 제2 방향으로 달리는 회로 패턴들에 수직이며 상기 스페이스에 위치하고 상기 광원의 파장보다 작은 피치를 가지는 제2 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 제1 방향으로 제1 라인/스페이스 회로 패턴 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향의 제2 라인/스페이스 회로 패턴을 포함하되,
    상기 포토마스크는:
    상기 제1 회로 패턴의 라인 패턴에 수직이고 상태로 상기 제1 회로 패턴의 스페이스에 위치하며 상기 광원의 파장보다 작은 피치를 가지는 제1 격자 패턴; 그리고,
    상기 제2 회로 패턴의 라인 패턴에 수직이고 상기 제2 회로 패턴의 스페이스에 위치하면 상기 광원의 파장보다 작은 피치를 가지는 제2 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 라인/스페이스 회로 패턴을 포함하되, 상기 회로 패턴은 상기 변형 조명계들의 개수에 상응하는 개수의 방향으로 달리는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 포토마스크는 라인/스페이스 회로 패턴을 포함하되, 상기 회로 패턴은 상기 변형 조명계들의 개수에 상응하는 개수 및 방향의 라인/스페이스 회로 패턴들을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 편광 변형 조명계.
  15. 제 1 항의 포토마스크를 노광하기 위한 조명계 구현 방법은:
    상기 라인/스페이스 회로 패턴 및 격자 패턴을 노광하는 조명계를 구현하되, 상기 조명계는 상기 라인/스페이스 회로 패턴이 달리는 방향의 개수에 대응하는 개수의 조명계들을 포함하고,
    상기 조명계들 각각은 상기 라인/스페이스 회로 패턴이 달리는 개개의 방향에 상응하는 편광으로 구현되며,
    상기 조명계들의 광투과 영역들 중 서로 중첩되는 영역은 무편광으로 구현되는 것을 특징으로 하는 복합 편광 조명계 구현 방법.
  16. 제 2 항의 포토마스크를 노광하기 위한 조명계 구현 방법은:
    제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴 및 제1 격자 패턴을 노광하는 제1 조명계는 제1 방향의 편광으로 구현하고;
    제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴 및 제2 격자 패턴을 노광하는 제2 조명계는 제2 방향의 편광으로 구현하고;
    상기 제1 조명계의 광투과 영역 및 상기 제2 조명계의 광투과 영역이 중첩되는 영역은 무편광으로 구현하는 것을 특징으로 하는 복합 편광 조명계 구현 방법.
  17. 제 3 항의 포토마스크를 노광하기 위한 조명계 구현 방법은:
    제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴 및 제1 격자 패턴을 노광하는 제1 조명계는 제1 방향의 편광으로 구현하고;
    제2 방향의 또 다른 라인/스페이스 회로 패턴 및 제2 격자 패턴을 노광하는 제2 조명계는 제2 방향의 편광으로 구현하고;
    상기 제1 조명계의 광투과 영역 및 상기 제2 조명계의 광투과 영역이 중첩되는 영역은 무편광으로 구현하는 것을 특징으로 하는 복합 편광 조명계 구현 방법.
  18. 제 1 항의 포토마스크를 제작하기 위한 포토마스크 설계 방법은:
    상기 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제1 설계 데이터를 준비하고;
    상기 격자 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제2 설계 데이터를 준비하고;
    상기 설계 데이터들을 이용하여 회로 패턴 및 상기 격자 패턴을 형성하기 위한 노광 좌표를 규정하는 노광 데이터를 준비하는 것을 포함하는 포토마스크 설계 방법.
  19. 제 2 항의 포토마스크를 제작하기 위한 포토마스크 설계 방법은:
    상기 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제1 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제1 격자 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제2 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제3 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제2 격자 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제4 설계 데이터를 준비하고;
    상기 설계 데이터들을 이용하여 상기 제1 방향 및 제2 방향의 회로 패턴 및 상기 제1 및 제2 격자 패턴들을 형성하기 위한 노광 좌표를 규정하는 노광 데이터를 준비하는 것을 포함하는 포토마스크 설계 방법.
  20. 제 3 항의 포토마스크를 제작하기 위한 포토마스크 설계 방법은:
    상기 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제1 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제1 격자 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제2 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제2 방향의 또 다른 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제3 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제2 격자 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제4 설계 데이터를 준비하고;
    상기 설계 데이터들을 이용하여 상기 제1 방향 및 제2 방향의 회로 패턴 및 상기 제1 및 제2 격자 패턴들을 형성하기 위한 노광 좌표를 규정하는 노광 데이터를 준비하는 것을 포함하는 포토마스크 설계 방법.
  21. 노광을 위한 광원;
    상기 광원에 의해 노광되며 적어도 서로 수직인 제1 방향 및 제2 방향으로 달리는 라인/스페이스 회로 패턴을 가지되, 상기 제1 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하고 상기 제1 방향에 수직이며 상기 광원의 파장보다 작은 피치를 가지는 제1 격자 패턴 및 상기 제2 방향의 회로 패턴의 스페이스에 위치하고 상기 제2 방향에 수직이며 상기 광원의 파장보다 작은 피치를 가지는 제2 격자 패턴을 포함하는 포토마스크;
    상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에 위치하며 상기 포토마스크의 노광 영역을 조절하되, 상기 제1 격자 패턴을 위한 상기 제1 방향의 편광으로 구현되는 제1 변형 조명계 및 상기 제2 격자 패턴을 위한 상기 제2 방향의 편광으로 구현되는 제2 변형 조명계를 포함하는 복합 편광 변형 조명계를 포함하는 노광 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1 변형 조명계 및 상기 제2 변형 조명계가 중첩되는 영역은 무편광으로 구현되는 것을 특징으로 하는 노광 시스템.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제1 변형 조명계 및 상기 제2 변형 조명계는 독립적으로, 애뉼라 조명계, 다이폴 조명계, 또는 쿼드로폴 조명계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 노광 시스템.
  24. 웨이퍼에 제1 방향 및 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴을 전사하기 위한 포토마스크 설계 방법에 있어서:
    상기 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제1 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴의 라인 패턴에 수직이며 그것의 스페이스에 배치되는 제1 격자 패턴의 위치를 규정하는 포토마스크의 제2 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴이 배치되는 위치를 규정하는 포토마스크의 제3 설계 데이터를 준비하고;
    상기 제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴의 라인 패턴에 수직이며 그것의 스페이스에 배치되는 제2 격자 패턴의 위치를 규정하는 포토마스크의 제4 설계 데이터를 준비하고;
    상기 설계 데이터들을 이용하여 상기 제1 방향 및 제2 방향의 회로 패턴 및 상기 제1 및 제2 격자 패턴들을 형성하기 위한 노광 좌표를 규정하는 노광 데이터를 준비하는 것을 포함하는 포토마스크 설계 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제1 설계 데이터 및 제3 설계 데이터가 중복되는 위치에는 상기 제1 및 제2 격자 패턴들을 위한 제2 및 제4 설계 데이터를 생략하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 설계 방법.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항의 노광 데이터를 사용하여 포토마스크를 형성하는 방법은:
    마스크막이 형성된 투명한 기판을 준비하고;
    상기 마스크막 상에 포토레지스트막을 형성하고;
    상기 노광 데이터를 사용하여 상기 포토레지스트막을 노광하고;
    노광된 포토레지스트막을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하고;
    상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 마스크막을 식각하는 것을 포함하는 포토마스크 형성 방법.
  27. 제 26 항에 의해 형성된 포토마스크를 노광하기 위한 조명계 구현 방법은:
    제1 방향의 라인/스페이스 회로 패턴 및 제1 격자 패턴을 노광하는 제1 조명계는 제1 방향의 편광으로 구현하고;
    제2 방향의 라인/스페이스 회로 패턴 및 제2 격자 패턴을 노광하는 제2 조명계는 제2 방향의 편광으로 구현하고;
    상기 제1 조명계의 광투과 영역 및 상기 제2 조명계의 광투과 영역이 중첩되는 영역은 무편광으로 구현하는 것을 특징으로 하는 복합 편광 조명계 구현 방법.
  28. 포토마스크에 있어서:
    서로 이격되어 평행하게 배치된 제1 방향의 제1 라인 패턴들;
    상기 제1 방향의 라인 패턴들 사이의 스페이스에 위치하며 서로 이격되어 평행한 상기 제1 방향에 직각인 제2 방향의 제2 라인 패턴들을 포함하되,
    상기 제1 라인 패턴의 피치는 상기 포토마스크를 노광하기 위한 광원의 파장보다 크고 상기 제2 라인 패턴들의 피치는 상기 광원의 파장보다 작은 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  29. 제1 방향의 제1 라인/스페이스 회로 패턴;
    제2 방향의 제2 라인/스페이스 회로 패턴;
    상기 제1 라인/스페이스 회로 패턴의 스페이스에 배치되며 상기 제1 방향에 수직인 제1 회절 패턴;
    상기 제2 라인/스페이스 회로 패턴의 스페이스에 배치되며 상기 제2 방향에 수직인 제2 회절 패턴을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 회절 패턴의 피치는 광원의 파장보다 작은 것을 특징으로 하는 포토마스크.
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