KR20060099271A - 반도체소자의 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 리소그래피 공정의 해상도를 향상시키기 위하여 웨이퍼가 탑재된 노광장비의 DOE ( diffractive optical element )를 회전식으로 형성하고 상기 노광장비를 이용하여 노광공정을 실시하되, 상기 DOE를 움직여 다이폴 X 와 다이폴 Y를 동시에 사용하는 이중노광공정을 실시함으로써 종래의 장비를 이용하여 반도체소자의 고집적화에 따른 노광공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 기술이다.

Description

반도체소자의 형성방법{Method for forming of semiconductor devices}

도 1 내지 도 5 는 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법에 사용되는 어퍼쳐를 도시한 평면도와, 이를 이용한 노광공정으로 형성된 시뮬레이션.

본 발명은 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 반도체소자의 고집적화에 따른 리소그래피 공정시 80 ㎚ 이하의 디자인룰을 갖는 패턴을 형성할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체소자의 제조 공정중 리소그래피공정은 소정의 패턴을 반도체기판 상에 형성하는 여러가지 노광장치를 사용하고 있다.

최근에는, 반도체소자의 고집적화에 따라 마스크 또는 레티클 (이하, 「레티클」 이라 총칭함) 에 형성된 미세패턴을 투영광학계를 통해 포토레지스트가 도포된 기판 상의 복수의 쇼트영역에 비교적 높은 쓰루풋으로 정밀도 좋게 전사 가능한 스텝·앤드·리피트 방식의 축소투영노광장치 (소위 스테퍼) 나, 이 스테퍼를 개량한 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광장치 (소위 스캐닝·스테퍼) 등의 순차이동형의 투영노광장치가 주로 사용되고 있다.

이와 같은 투영노광장치를 구성하는 투영광학계의 해상력은, 레이리 ( Rayleigh ) 식으로 잘 알려져 있는 바와 같이, R = k1 ×λ/NA 의 관계로 표현된다. 여기서, R 은 투영광학계의 해상력, λ 는 광원의 파장, NA 는 투영광학계의 개구수, k1 은 포토레지스트의 해상력이나 그 외의 프로세스에 의해 결정되는 정수이다.

따라서, 투영광학계의 해상력을 향상시키기 위해서는, 개구수 NA 를 크게 하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 투영광학계의 초점심도 ( depth of focus, DOF ) 는, 비교정수를 k2 로 하여, DOF = k2·λ/(NA)2 으로 표현되므로, 단순히 개구수(NA)를 크게 하는 것으로는 DOF 가 너무 얕아지는 경우가 있다.

한편, 상기 레이리 식에서 보여지는 바와 같이 미세 패턴 구현을 위해서는, 짧은 파장을 사용하여 마스크에서 회절되는 회절각을 줄임으로써 렌즈로 1차광을 많이 투사할 수 있도록 만드는 방법이나, 1차광 정보를 많이 포함시킬 수 있도록 렌즈의 구경 즉 NA를 키우는 방법이 있다.

현재 NA를 키우는 방법은 계속 연구되고 있지만, 렌즈의 크기를 크게 하는 것은 렌즈 자체의 수차 ( aberration ) 등 다양한 이슈가 생길 수 있어 한계가 있는 실정이며, 설사 렌즈를 크게 만들 수 있는 경우도 패턴의 DOF 마진이 줄어들어 적절한 렌즈 크기가 필요하다.

따라서, 현재의 공정기술은 짧은 파장을 이용한 미세패턴 구현으로 기술이 개발되고 있는 중이다.

최근에 많이 사용되는 KrF를 이용한 패턴 구현은 100 ㎚ 의 기술개발까지 이 어지고 있는 중이나 그 이하의 패턴 구현을 위해 즉 90 ㎚ 이하의 미세 패턴 구현은 분해능 확보가 어려워 한계를 드러내고 있는 상황이다.

일반적인 조명법을 이용하여 0차광과 ±1차광이 렌즈로 들어가게 하는 경우 패턴 크기가 작아지면 회절각이 커져 결국 ±1차광의 정보가 렌즈로 들어가지 않는 상황이 생길 수 있기 때문에, 사입사 조명을 통해 레티클로 입사되는 빛이 경사지게 입사하도록 하여 가능한한 ±1차광의 정보가 많이 들어가도록 함으로써 미세패턴을 구현한다.

그러나, 반도체소자의 집적도가 80 ㎚ 이하인 패턴의 구현은 KrF를 이용한 리소그래피 공정이 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 노광장비에 장착된 DOE ( diffractive optical element ) 에 회전식 다이폴 X ( X 축 방향의 다이폴 어퍼쳐 ) 및 다이폴 Y ( Y 축 방향의 다이폴 어퍼쳐 )를 장착하고 이를 이용한 이중 노광공정으로 80 ㎚ 이하의 미세패턴을 형성할 수 있도록 하는 반도체소자의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은,

반도체소자의 형성방법에 있어서,

웨이퍼가 탑재된 노광장비의 DOE ( diffractive optical element )를 회전식으로 형성하는 공정과,

상기 노광장비를 이용하여 노광공정을 실시하되, 상기 DOE를 움직여 다이폴 X 와 다이폴 Y를 동시에 사용하는 이중노광공정을 실시하는 공정을 포함하는 것과,

상기 노광공정은 1 샷 ( shot ) 의 노광공정에 적어도 두 가지의 DOE 를 사용하여 실시하는 것과,

상기 노광공정은 KrF 또는 ArF 레이저를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5 는 본 발명에 따른 반도체소자의 형성공정에 사용되는 어퍼쳐를 도시한 평면도 및 시뮬레이션 자료를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2 는 100 ㎚ 의 디자인룰이 적용된 반도체소자의 경우 KrF 레이저를 사용하여 패턴을 구현하는 경우를 도시한 것으로, 상기 도 1 은 크로스폴 어퍼쳐를 도시한 평면도이고 도 2 는 1차광 효율을 도시한 시뮬레이션이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, X 축 피치와 Y 축 피치가 모두 200 ㎚ 인, 즉 디자인룰이 100 ㎚ 일 때, KrF 레이저 사용시 파장은 248 ㎚ 로 고정하고, ASML850 장비의 렌즈 NA를 0.8 로 하며, 크로스폴 어퍼쳐를 사용하여 노광공정을 실시한다. 여기서, 상기 크로스폴 어퍼쳐는 아우터 시그마 ( outer sigma ) 0.92, 이너 시그마 ( inner sigma ) 0.72, 오픈 각도 ( open angle ) 60°로 형성된 것이다.

이때, X 및 Y 축 모두 피치가 200 ㎚ 일 경우는 1차광 효율이 X방향, Y방향 모두 50 퍼센트 정도가 확보되어 패턴을 형성하는데 문제가 없어 보인다.

도 3 및 도 4 는 어퍼쳐 형상을 다이폴 X 로 사용하는 경우의 어퍼쳐를 도시 한 평면도와 그에 따른 1차광 효율을 각각 도시한 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, KrF 레이저 사용시 파장은 248 ㎚ 로 고정하고, ASML850 장비의 렌즈 NA를 0.8 로 하며, 다이폴 X 를 사용하여 노광공정을 실시한다. 여기서, 상기 다이폴 X 는 아우터 시그마 ( outer sigma ) 0.92, 이너 시그마 ( inner sigma ) 0.72, 오픈 각도 ( open angle ) 60°로 형성된 것이다.

이때, 상기 다이폴 X를 사용하는 경우 X 방향으로의 1차광 효율은 100 퍼센트로 패턴 정도가 매우 우수한 결과를 보이지만 Y방향으로의 1차광 효율은 0 퍼센트로 패턴이 형성되지 않아 취약해지게 된다.

따라서, 다이폴 X 와 다이폴 Y를 동시에 사용하여 노광에 이용하게 되면 패턴 크기가 작아져 1차광 효율이 악화될 경우에도 패터닝을 할 수 있게 된다.

현재 사용중인 어퍼쳐를 1차 노광후에 어퍼쳐가 회전하여 또다른 어퍼쳐를 이용하여 2차노광을 하게 되는 경우, 즉 이중 노광을 하는 경우 X축과 Y축의 디자인룰 감소에 따른 1차광 효율을 확보하는 것이 가능해진다.

도 5 는 피치가 160 ㎚ 인 80 ㎚ 급 디자인룰을 가진 패턴을 KrF 레이저를 이용한 노광공정시 시뮬레이션 데이터를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, KrF 레이저 사용시 파장은 248 ㎚ 로 고정하고, ASML850 장비의 렌즈 NA를 0.8 로 하며, 다이폴 X 및 다이폴 Y를 사용하여 노광공정을 실시한다. 여기서, 상기 다이폴 X 및 다이폴 Y 는 아우터 시그마 ( outer sigma ) 0.96, 이너 시그마 ( inner sigma ) 0.76, 오픈 각도 ( open angle ) 30°로 형성된 것이다.

이때, 상기 노광공정은 DOE를 회전식으로 하여 실시하되, 다이폴 X 를 사용하여 제1노광하고 다이폴 Y를 이용하여 제2노광함으로써 X방향 및 Y방향으로 크리티컬 ( critical ) 한 피치 크기를 가진 반도체소자의 적용시 패턴 구현이 가능해 진다.

상기 시뮬레이션 결과를 토대로 보면, 다이폴 X 30°사용시 61.93 퍼센트의 1차광 효율이 확보되어 디자인룰이 80 ㎚ 급인 반도체소자의 패턴을 구현할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, X 방향으로 패턴 피치가 작고 Y 방향으로 피치가 큰 경우는 X 방향으로 다이폴 X를 사용하고 Y 방향으로 크로스폴 어퍼쳐를 사용하여 이중노광함으로써 패턴을 구현하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은, 노광장비의 어퍼쳐를 회전식으로 모디파이 ( modify ) 하여 1 샷 ( shot ) 씩 노광할 때마다 DOE 를 이동함으로써 필요로 하는 1차광을 확보할 수 있도록 하고, 기존의 장비를 이용할 수 있어 투자비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

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 (3)

1. 반도체소자의 형성방법에 있어서,

   웨이퍼가 탑재된 노광장비의 DOE ( diffractive optical element )를 회전식으로 형성하는 공정과,

   상기 노광장비를 이용하여 노광공정을 실시하되, 상기 DOE를 움직여 다이폴 X 와 다이폴 Y를 동시에 사용하는 이중노광공정을 실시하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광공정은 1 샷 ( shot ) 의 노광공정에 적어도 두 가지의 DOE 를 사용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광공정은 KrF 또는 ArF 레이저를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.

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