KR20080053754A - Exposure device and method for forming semiconductor device of using - Google Patents

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KR20080053754A
KR20080053754A KR1020060125686A KR20060125686A KR20080053754A KR 20080053754 A KR20080053754 A KR 20080053754A KR 1020060125686 A KR1020060125686 A KR 1020060125686A KR 20060125686 A KR20060125686 A KR 20060125686A KR 20080053754 A KR20080053754 A KR 20080053754A
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조대희
금경수
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

An exposure device and a method of fabricating a semiconductor substrate using the same are provided to achieve double exposure effect by one exposure process by splitting beam of light into two polarized beams and using them for exposure. An exposure device comprises a light source, a beam splitter(100), a polarizer(200), a beam collector(300), and a reticle. The beam splitter has a photonic crystal structure to be located along a proceeding direction of beam of light emitted by the light source. The polarizer is disposed on two light emitting parts of the beam splitter. The beam collector is installed on the other side of the beam splitter about the polarizer. The reticle is located on a proceeding direction of the beam passed through the beam collector.

Description

노광장치 및 이를 이용한 반도체소자의 형성방법{Exposure device and Method for forming Semiconductor device of using}Exposure device and method for forming semiconductor device using the same

도 1 은 일반적인 빔 스플리터 ( beam splitter ) 를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a general beam splitter.

도 2 는 본 발명에 따른 광자결정을 이용한 빔 스플리터를 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing a beam splitter using photonic crystals according to the present invention;

도 3 은 본 발명에 따른 노광장치를 부분적으로 개략적으로 도시한 단면도.3 is a partial cross-sectional view schematically showing an exposure apparatus according to the present invention;

도 4 는 일반적인 노광 공정과 광자 결정을 이용한 노광공정의 공정마진을 대비하여 도시한 그래프.4 is a graph illustrating a process margin of an exposure process using a general exposure process and photonic crystals.

본 발명은 노광장치 및 이를 이용한 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 광자 결정 빔 스플리터와 스플리트된 빔의 편광기능을 이용하여 노광함으로써 하나의 레티클과 편광된 두 개의 광원을 이용하여 이중 노광을 동시에 실시할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to an exposure apparatus and a method of forming a semiconductor device using the same, and simultaneously exposes a double exposure using one reticle and two polarized light sources by exposing using a photonic crystal beam splitter and a split beam polarization function. It relates to a technique that can be carried out.

일반적인 노광장치를 부분적으로 설명하면 다음과 같다. A partial description will be given of a general exposure apparatus.

먼저, 노광장치는 광원과, 광원에서 발광된 광이 지나가는 빔 스플리터와, 빔 스플리터를 통과한 광이 조사되는 웨이퍼 스테이지를 구비하되, 빔 스플리터를 통과한 광과 웨이퍼 스테이지의 사이에 레티클을 구비하여 형성된다. First, the exposure apparatus includes a light source, a beam splitter through which light emitted from the light source passes, and a wafer stage on which light passing through the beam splitter is irradiated; Is formed.

이때, 빔 스플리터는 파이프 형태의 도파로를 갖도록 형성한 것이다. At this time, the beam splitter is formed to have a pipe-shaped waveguide.

도 1 은 일반적인 노광장치의 빔 스플리터를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a beam splitter of a general exposure apparatus.

도 1 을 참조하면, 빔 스플리터는 하나의 입사부와 두 개의 출사부로 이루어진 실리콘 산화물로 형성된 것이다. Referring to FIG. 1, the beam splitter is formed of silicon oxide including one incidence part and two emission parts.

빔 스플리터는 하나의 광을 두 개로 나누어 조사하도록 하는 기능을 하도록 한 것으로, 1 의 광원이 입사되면 1/2 의 세기로 나누어져야 하지만 빔 스플리터에 의하여 1/3 정도 세기의 광이 반사되어 1/3 과 1/3 세기의 광으로 나누어져 빔 스플리터의 출사부로 출사된다. The beam splitter is to divide a single light into two pieces of light. When a light source of 1 is incident, the beam splitter should be divided into 1/2 of the intensity. It is divided into three and one-thirds of light and is emitted to the beam splitter exit section.

따라서, 일반적인 빔 스플리터는 광을 두 개로 나누되, 반사되는 광의 세기로 인하여 출사되는 광의 세기가 약해지므로 에너지 효율이 떨어짐을 알 수 있다. Therefore, the general beam splitter divides the light into two, but the intensity of the emitted light is weakened due to the intensity of the reflected light, it can be seen that the energy efficiency is reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 광자결정을 이용하여 광의 에너지 손실없이 편광된 두 개의 광으로 분리하고 이들을 이용한 한번의 노광공정으로 이중 노광의 효과를 제공할 수 있는 노광장치와 이를 이용한 반도체소자의 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, an exposure apparatus that can separate the two polarized light without using the photonic crystals without energy loss of light and provide the effect of double exposure in one exposure process using them And a method of forming a semiconductor device using the same.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 노광장치는, The exposure apparatus of the semiconductor element of the present invention for achieving the above object,

광원과,Light source,

상기 광원으로 발광된 광의 진행방향을 따라 위치하는 광자결정구조의 빔 스 플리터와,A beam splitter having a photonic crystal structure positioned along a traveling direction of light emitted by the light source;

상기 빔 스플리터의 광 출사부에 각각 위치하는 편광기와,Polarizers respectively positioned at the light exit portions of the beam splitters;

상기 편광기를 기준으로 상기 빔 스플리터의 반대편에 구비되는 빔 콜렉터와,A beam collector provided on an opposite side of the beam splitter based on the polarizer;

상기 빔 콜렉터를 통과한 광의 진행방향에 위치한 레티클을 포함하는 것과,And a reticle positioned in the advancing direction of the light passing through the beam collector;

상기 빔 스플리터는 도파로를 갖는 실리콘층으로 형성하되, 상기 도파로는 하나의 입사부와 두 개의 출사부로 형성하고, 상기 실리콘층은 다수의 기공이 형성된 광자결정 구조인 것과,The beam splitter is formed of a silicon layer having a waveguide, wherein the waveguide is formed of one incidence part and two exit parts, and the silicon layer is a photonic crystal structure in which a plurality of pores are formed.

상기 편광기는 TM 모드 편광기와 TE 모드 편광기인 것과,The polarizer is a TM mode polarizer and a TE mode polarizer,

상기 빔 콜렉터는 다수의 기공이 형성된 광자결정 구조인 것과,The beam collector is a photonic crystal structure formed with a plurality of pores,

상기 빔 콜렉터는 두 개의 입사부와 하나의 출사부로 도파로가 형성된 실리콘층인 것을 특징으로 한다.The beam collector may be a silicon layer having a waveguide formed by two incidence portions and one emission portion.

또한, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은, In addition, the method of forming a semiconductor device according to the present invention to achieve the above object,

반도체기판 상에 피식각층을 형성하고 그 상부에 감광막을 형성하는 공정과,Forming an etched layer on the semiconductor substrate and forming a photosensitive film thereon;

청구항 1항의 노광장치를 이용하여 상기 감광막을 노광시키는 공정과,Exposing the photosensitive film by using the exposure apparatus of claim 1;

상기 감광막을 현상하여 감광막패턴을 형성하는 공정과,Developing the photoresist to form a photoresist pattern;

상기 감광막패턴을 마스크로 하여 피식각층을 식각함으로써 반도체기판 상부에 피식각층 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. And etching the layer to be etched using the photoresist pattern as a mask to form the layer to be etched on the semiconductor substrate.

한편, 본 발명의 원리는 다음과 같다. On the other hand, the principle of the present invention is as follows.

노광장치는 광원과, 광원에서 발광된 광이 지나가는 빔 스플리터와, 빔 스플리터를 통과한 광이 조사되는 웨이퍼 스테이지를 구비하되, 빔 스플리터를 통과한 광과 웨이퍼 스테이지의 사이에 레티클을 구비하여 형성한다. 이때, 상기 빔 스플리터를 광자 결정을 이용하여 형성한다. 빔 스플리터는 실리콘층에 다수의 공기층을 배열하여 상기 실리콘층의 내부에 도파로를 형성하여 형성한 것이다. 여기서, 도파로는 하나의 입사부와 두 개의 출사부로 형성한 것으로, 하나의 입사광이 에너지 손실없이 두 개의 출사광으로 분리된다. The exposure apparatus includes a light source, a beam splitter through which light emitted from the light source passes, and a wafer stage on which light passing through the beam splitter is irradiated, and having a reticle between the light passed through the beam splitter and the wafer stage. . In this case, the beam splitter is formed using photon crystals. The beam splitter is formed by arranging a plurality of air layers in a silicon layer to form a waveguide in the silicon layer. Here, the waveguide is formed by one incidence part and two outgoing parts, and one incident light is separated into two outgoing lights without energy loss.

노광장치를 이용한 노광방법은 빔 스플리터를 투과한 두 개의 출사광을 각각 TM 모드 및 TE 모드의 편광기를 통과시키고, 편광된 두 개의 출사광을 하나의 도파로를 통과하도록 한 다음, 통과된 두 개의 편광된 출사광으로 노광공정을 실시하여 한번의 노광공정으로 이중 노광의 효과를 제공할 수 있도록 한다. In the exposure method using an exposure apparatus, two outgoing light beams passing through the beam splitter are passed through the polarizers in TM mode and TE mode, respectively, and the two outgoing polarized light passes through one waveguide, and then the two polarized light passes through The exposure process is performed with the emitted light so as to provide the effect of double exposure in one exposure process.

참고로, 광자결정을 이용한 광의 제어는, 최근에 많은 연구 결과가 보고되고 있으며, 광자결정이란 빛의 파장 정도의 다차원 주기성을 가지는 "인공 구조"를 의미한다. For reference, many studies have been reported on the control of light using photonic crystals. Photonic crystals refer to an "artificial structure" having a multi-dimensional periodicity of about the wavelength of light.

각각 1차원, 2차원, 3차원으로 분류되는 이들 구조는 기본적으로 임의의 빛의 파장(λ)에 대해 그 보다 작은 크기(d)의 분산물질들이 약 λ/2의 거리(Λ)를 가지고 규칙적으로 배열되어 있는 미세 구조를 가진다.These structures, which are classified into one, two, and three dimensions respectively, are basically regular dispersions having a smaller size (d) for a wavelength of light (λ) with a distance (Λ) of about λ / 2. It has a fine structure arranged in.

일반적으로, 1차원 광자결정의 경우는 유전율 ( dielectric contrast ) 을 가지는 수백 nm 의 두께의 두 층이 반복적으로 적층되는데, 이 면에 수직인 방향으로 입사하는 입사광에 대해 광자결정효과가 주로 나타난다. In general, in the case of one-dimensional photonic crystals, two layers of several hundred nm in thickness having dielectric contrast are repeatedly stacked, and a photonic crystal effect mainly appears for incident light incident in a direction perpendicular to the plane.

또한, 2차원 광자결정의 경우는 유전율을 가지는 수 백 nm 크기(D)의 분산상이 수 백 nm 의 격자상수(Λ)를 가지는 규칙적인 배열을 2차원 적으로 하며, 이 경우 인-플레인 ( in-plane ) 방향으로 입사되는 입사광에 대해 주로 광자결정효과가 나타난다. In addition, in the case of two-dimensional photonic crystals, a dispersed array of several hundred nm size (D) having a permittivity is two-dimensional in a regular array having a lattice constant (Λ) of several hundred nm, and in this case, in-plane (in The photonic crystal effect mainly occurs for incident light incident in the -plane direction.

그리고, 3차원 광자결정의 경우는 유전율(dielectric constant)을 가지는 수 백 nm 크기(D)의 분산상이 수 백 nm의 격자상수(Λ)를 가지는 규칙적인 배열을 3차원 적으로 하며, 이 경우 모든 방향으로 입사되는 입사광에 대해 광자결정효과가 나타난다.In the case of three-dimensional photonic crystals, a dispersion phase of several hundred nm size (D) having a dielectric constant is three-dimensional in a regular array having a lattice constant (Λ) of several hundred nm. The photonic crystal effect appears for incident light incident in the direction.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 노광장치의 빔 스플리터를 도시한 단면도이고, 도 3 은 도 2 의 빔 스플리터를 이용한 노광장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a beam splitter of an exposure apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating an exposure apparatus using the beam splitter of FIG. 2.

도 2 및 도 3 을 참조하면, 노광장치는 광원(미도시)과, 광원에서 발광된 광을 2개로 분산시키는 빔 스플리터(100)와, 빔 스플리터(100)를 통과한 두 개의 출사광을 각각 편광시키는 TM 모드 ( transverse magnetic mode ) 및 TE 모드 ( transverse electric mode ) 편광기(200)와, 편광기(200)를 통해 편광된 두 개의 서로 다른 편광 모드의 광을 하나로 모으는 빔 콜렉터 ( beam collector )(300)와, 빔 콜렉터(300)를 통과한 광이 조사되는 웨이퍼 스테이지(미도시)를 구비하되, 빔 스플리터(100)를 통과한 광과 웨이퍼 스테이지의 사이에 레티클을 구비하여 형성한 다. 이때, 상기 빔 스플리터(100)와 빔 콜렉터(300)는 광자 결정을 이용하여 형성한다2 and 3, the exposure apparatus includes a light source (not shown), a beam splitter 100 for dispersing the light emitted from the light source into two, and two light emitted through the beam splitter 100, respectively. Transverse magnetic mode and transverse electric mode polarizer (200) for polarizing and a beam collector (300) for gathering light of two different polarization modes polarized through the polarizer (200) into one And a wafer stage (not shown) to which light passing through the beam collector 300 is irradiated, and is provided with a reticle between the light passing through the beam splitter 100 and the wafer stage. In this case, the beam splitter 100 and the beam collector 300 are formed using photon crystals.

도 2 의 빔 스플리터(100)는 도파로(20)를 갖는 실리콘층으로 형성한다. The beam splitter 100 of FIG. 2 is formed of a silicon layer having a waveguide 20.

이때, 실리콘층은 기공(17)이 배열된 광자결정층으로서, 일측에 하나의 입사부(13)가 구비되고 타측에 두 개의 출사부(15)가 구비되어 하나의 입사광이 두 개의 출사광으로 분사되어 투과되도록 형성한 것이다. In this case, the silicon layer is a photonic crystal layer in which pores 17 are arranged, and one incidence part 13 is provided at one side and two emission parts 15 are provided at the other side, so that one incident light is two outgoing light. It is formed to be sprayed through.

여기서, 광자결정체인 실리콘층은 입사광의 에너지가 출사광의 에너지 크기가 유지되도록 하는 역할을 한다. Here, the silicon layer, which is a photonic crystal, serves to maintain the energy of the incident light with the energy of the emitted light.

도 3 의 빔 콜렉터(300)는 도 2 의 빔 스플리터(100)와 같은 원리를 이용하여 두 개의 입사부로 입사된 편광된 광을 하나의 출사부로 하나의 광을 출사시키는 장치로서, 두 개의 편광 모드를 갖는 하나의 출사광을 제공할 수 있도록 한다. The beam collector 300 of FIG. 3 is a device that emits one light to one emitter by using the same principle as the beam splitter 100 of FIG. 2. To provide a single outgoing light having.

노광 공정은 도 3 의 빔 스플리터(100), TM 모드 및 TE 모드 편광기(200), 그리고 빔 콜렉터(300)를 통과한 광, 즉 두 개의 편광 모드를 갖는 하나의 광을 이용하여 노광공정을 실시함으로써 하나의 레티클을 이용하여 한 번의 노광공정으로 이중 노광의 효과를 제공할 수 있도록 한다.The exposure process is performed by using the light passed through the beam splitter 100 of FIG. 3, the TM mode and TE mode polarizer 200, and the beam collector 300, that is, one light having two polarization modes. By using one reticle it is possible to provide the effect of double exposure in one exposure process.

참고로, 레티클은 여러 형태의 패턴이 형성되어 있어 TM 모드나 TE 모드 중에서 한가지 모드만을 사용하는 경우 공정마진을 확보하기 어려워, 특정 패턴이 나쁘게 형성될 수 있는 문제점이 있다.For reference, since the reticle is formed of various types of patterns, it is difficult to secure a process margin when only one of the TM mode and the TE mode is used, and thus, a specific pattern may be formed badly.

도 4 는 일반적인 노광 공정과 광자결정을 이용한 노광공정의 공정마진을 대비하여 도시한 그래프이다.4 is a graph illustrating a process margin of a general exposure process and an exposure process using photonic crystals.

도 4 를 참조하면, 그래프 상에 도시된 "A" 는 일반적인 노광 공정의 공정마진을 도시하고, "B" 는 광자결정을 이용한 노광공정의 공정마진을 도시한 것이다. Referring to FIG. 4, "A" shown on the graph shows a process margin of a general exposure process, and "B" shows a process margin of an exposure process using photonic crystals.

"A" 와 "B" 중에서 "B" 의 면적이 "A" 의 면적보다 넓음을 알 수 있다. It turns out that the area of "B" is larger than the area of "A" among "A" and "B".

따라서, 광자결정을 이용한 노광 공정의 공정마진이 일반적인 노광 공정의 공정마진보다 큼을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the process margin of the exposure process using photonic crystal is larger than that of the general exposure process.

도시되지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예인 반도체소자의 형성방법은 다음과 같다. Although not shown, a method of forming a semiconductor device according to another embodiment of the present invention is as follows.

먼저, 반도체기판 상에 피식각층을 형성하고 그 상부에 감광막을 형성한다. First, an etched layer is formed on a semiconductor substrate and a photoresist film is formed on the etching substrate.

도 4 의 광자결정을 이용한 노광장치를 이용하여 감광막을 노광시키고 이를 현상하여 감광막패턴을 형성한다. The photosensitive film is exposed and developed by using the exposure apparatus using the photonic crystal of FIG. 4 to form the photosensitive film pattern.

감광막패턴을 마스크로 하여 피식각층을 식각함으로써 반도체기판 상부에 피식각층 패턴을 형성한다. An etched layer pattern is formed on the semiconductor substrate by etching the etched layer using the photoresist pattern as a mask.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 노광장치 및 이를 이용한 노광방법은, 광자결정을 이용한 빔 스플리터로 광의 에너지 손실없이 TM 및 TE 모드로 각각 편광된 광을 형성하고 이들을 빔 콜렉터로 합친 다음, 서로 다른 두 개의 편광 모드를 갖는 하나의 광을 이용한 노광공정을 실시함으로써 이중 노광의 효과를 제공하여 공정마진을 확보하고 그에 따른 촛점심도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.As described above, the exposure apparatus of the semiconductor device and the exposure method using the same according to the present invention, by using a beam splitter using photonic crystal to form the polarized light in TM and TE mode, respectively, without energy loss of light and combine them with the beam collector Next, an exposure process using one light having two different polarization modes is provided, thereby providing an effect of double exposure, thereby securing a process margin, thereby improving focus depth and contrast.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라 면 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. In addition, the preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and modifications are the following patents It should be regarded as belonging to the claims.

Claims (8)

광원과,Light source, 상기 광원으로 발광된 광의 진행방향을 따라 위치하는 광자결정구조의 빔 스플리터와,A beam splitter having a photonic crystal structure positioned along a traveling direction of light emitted by the light source; 상기 빔 스플리터의 광 출사부에 각각 위치하는 편광기와,Polarizers respectively positioned at the light exit portions of the beam splitters; 상기 편광기를 기준으로 상기 빔 스플리터의 반대편에 구비되는 빔 콜렉터와,A beam collector provided on an opposite side of the beam splitter based on the polarizer; 상기 빔 콜렉터를 통과한 광의 진행방향에 위치한 레티클을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.And a reticle positioned in the advancing direction of the light passing through the beam collector. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 빔 스플리터는 도파로를 갖는 실리콘층으로 형성한 것을 특징으로 하는 노광장치.The beam splitter is formed of a silicon layer having a waveguide. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 도파로는 하나의 입사부와 두 개의 출사부로 형성한 것을 특징으로 하는 노광장치.And the waveguide comprises one incidence part and two exit parts. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 실리콘층은 다수의 기공이 형성된 광자결정 구조인 것을 특징으로 하는 노광장치.The silicon layer is an exposure apparatus, characterized in that the photonic crystal structure having a plurality of pores. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 편광기는 TM 모드 편광기와 TE 모드 편광기인 것을 특징으로 하는 노광장치.And the polarizer is a TM mode polarizer and a TE mode polarizer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 빔 콜렉터는 다수의 기공이 형성된 광자결정 구조인 것을 특징으로 하는 노광장치.And the beam collector has a photonic crystal structure in which a plurality of pores are formed. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 빔 콜렉터는 두 개의 입사부와 하나의 출사부로 도파로가 형성된 실리콘층인 것을 특징으로 하는 노광장치.And the beam collector is a silicon layer having a waveguide formed by two incidence portions and one output portion. 반도체기판 상에 피식각층을 형성하고 그 상부에 감광막을 형성하는 공정과,Forming an etched layer on the semiconductor substrate and forming a photosensitive film thereon; 청구항 1항의 노광장치를 이용하여 상기 감광막을 노광시키는 공정과,Exposing the photosensitive film by using the exposure apparatus of claim 1; 상기 감광막을 현상하여 감광막패턴을 형성하는 공정과,Developing the photoresist to form a photoresist pattern; 상기 감광막패턴을 마스크로 하여 피식각층을 식각함으로써 반도체기판 상부에 피식각층 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 형성방법.And forming an etched layer pattern on the semiconductor substrate by etching the etched layer using the photosensitive film pattern as a mask.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102156327A (en) * 2011-04-11 2011-08-17 中国计量学院 Terahertz wave polarizing beam splitter with dual resonance cavity structure
CN103630970A (en) * 2013-12-17 2014-03-12 山东大学 Y-type photonic crystal beam splitter based on auto-collimation and gradual change effect
CN104701140A (en) * 2013-12-05 2015-06-10 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Splitting method and system of double-exposed pattern

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