KR20090021755A - 노광 장치 및 반도체 기판의 노광 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 기판 상의 포토레지스트 패턴의 CD 불균일성을 보정할 수 있고 여러 포토마스크들에 범용으로 사용할 수 있는 노광 장치 및 반도체 기판의 노광 방법이 제공된다. 이 노광 장치에는 광을 방출하는 광원이 제공된다. 포토마스크는 상기 광원으로부터 반도체 기판으로 이어지는 상기 광의 경로에 배치되고 상기 반도체 기판으로 전사하고자 하는 패턴을 갖는다. 그리고, 공간 광학 모듈레이터(spatial light modulator)는 상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에서 상기 포토마스크의 이미지 보정 영역들의 하나에 배치되고, 상기 광의 세기 분포를 조절하기 위해 제공된다.
노광, 임계 치수, 이미지 보정 영역, 공액 평면, 공간 광학 모듈레이터

Description

노광 장치 및 반도체 기판의 노광 방법{Exposure Apparatus and method of exposing a semiconductor substrate}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 소자의 제조 시 포토리소그래피에 이용되는 노광 장치 및 이를 이용한 반도체 기판의 노광 방법에 관한 것이다.
포토리소그래피 공정은 반도체 기판 상에 소정의 패턴을 형성하고자 할 때 이용될 수 있다. 예를 들어, 포토마스크 상의 패턴을 반도체 기판 상의 포토레지스트층에 전사하여 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 포토레지스트 패턴을 이용하여 반도체 기판 또는 반도체 기판 상의 물질층을 식각하여 소정의 패턴을 형성할 수 있다.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 이러한 포토레지스트 패턴의 임계 치수(critical dimension; CD)가 더욱 작아지고 있다. 따라서, 미세한 CD를 갖는 포토레지스트 패턴을 균일하게 형성하기 위해, 높은 노광 마진을 갖는 노광 장치가 요구된다. 예를 들어, 스캐너 시스템은 기존의 스텝퍼보다 높은 노광 마진을 제공할 수 있다.
하지만, 포토마스크 패턴의 CD가 균일하지 못한 경우, 포토레지스트 패턴의 CD가 불균일해질 수 있다. 이 경우, 포토마스크 패턴의 CD 불균일성을 보정해 줄 필요가 있다. 예를 들어, 포토마스크의 이면에 그레이 패턴을 형성하여 포토마스크 의 투과율을 조절할 수 있다. 다른 예로, 노광 장치의 투영 렌즈 모듈 아래에 그레이 필터를 설치하여 포토마스크 패턴의 CD 불균일성을 보정해 줄 수 있다. 또 다른 예로, 노광 장치 내에 보조 플레이트를 설치하여 포토마스크 패턴의 CD 불균일성을 보정해 줄 수도 있다.
하지만, 포토마스크의 이면에 그레이 패턴을 형성하는 것은 포토마스크의 품질에 따라서 그레이 패턴을 달리해야 하는 문제가 있다. 나아가, 그레이 필터 및 보조 플레이트는 포토마스크가 바뀔 때마다 해당 포토마스크에 맞추어 새로 제작해야 하는 문제가 있다. 나아가 보조 플레이트는 스캐너 시스템에서 포토마스크와 연동해서 움직여야 하는 문제가 있다. 따라서, 이러한 보정 방법들은 노광 장치 또는 포토리소그래피 공정의 효율을 떨어뜨리고, 그 비용을 증가시킬 수 있다.
이에, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 기판 상의 포토레지스트 패턴의 CD 불균일성을 보정할 수 있고 여러 포토마스크들에 범용으로 사용할 수 있는 노광 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 반도체 기판 상의 포토레지스트 패턴의 CD 불균일성을 보정하기 위한 경제적인 반도체 기판의 노광 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 노광 장치가 제공된다. 광을 방출하는 광원이 제공된다. 포토마스크는 상기 광원으로부터 반도체 기판으로 이어지는 상기 광의 경로에 배치되고, 상기 반도체 기판으로 전사하고자 하는 패턴을 갖는다. 그리고, 공간 광학 모듈레이터(spatial light modulator; SLM)는 상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에서 상기 포토마스크의 이미지 보정 영 역의 하나에 배치되고, 상기 광의 세기 분포를 조절하기 위해 제공된다.
상기 본 발명에 따른 노광 장치의 일 예에 있어서, 상기 이미지 보정 영역들은 상기 포토마스크가 위치한 마스크 평면의 공액 평면들(conjugate plain)로부터 상기 포토마스크의 폭만큼 양쪽으로 확장될 수 있고, 상기 반도체 기판은 상기 이미지 보정 영역들의 다른 하나에 배치될 수 있다.
상기 본 발명에 따른 노광 장치의 다른 예에 있어서, 상기 공간 광학 모듈레이터는 상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 반사시키기 위한 마이크로 미러 어레이를 포함할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 노광 장치의 또 다른 예에 있어서, 편광빔 스플릿터(polarization beam splitter)는 상기 포토마스크 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치되어, 상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 상기 공간 광학 모듈레이터 방향으로 전반사시킬 수 있다.
상기 본 발명에 따른 노광 장치의 더 다른 예에 있어서, 제 1 쿼터 파장 플레이트는 상기 편광빔 스플릿터 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치되고, 그리고/또는 제 2 쿼터 파장 플레이트는 상기 편광빔 스플릿터 및 상기 포토마스크 사이에 배치될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따른 노광 장치가 제공된다. 광을 방출하는 광원이 제공된다. 포토마스크는 상기 광원으로부터 반도체 기판으로 이어지는 상기 광의 경로에 배치되고, 상기 반도체 기판으로 전사하고자 하는 패턴을 갖는다. 균일성 조절 모듈은 상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에 배치된다. 그리고, 상기 균일성 조절 모듈은 상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 전반사시키는 편광빔 스플릿터와 상기 광의 세기 분포를 조절하기 위한 공간 광학 모듈레이터(SLM)를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 기판의 노광 방법이 제공된다. 광원으로부터 광을 방출한다. 상기 광원으로부터 반도체 기판으로 이어지는 상기 광의 경로에서, 공간 광학 모듈레이터를 이용하여 상기 광의 세기 분포를 조절한다. 세기 분포가 조절된 상기 광을 패턴을 갖는 포토마스크를 통하여 상기 반도체 기판에 조사한다. 여기에서, 상기 공간 광학 모듈레이터는 상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에서 상기 포토마스크의 이미지 보정 영역들의 하나에 배치된다.
상기 본 발명에 따른 노광 방법의 일 예에 있어서, 상기 공간 광학 모듈레이터는 상기 포토마스크의 상기 패턴의 균일도를 보정하도록 조절될 수 있고, 나아가 상기 공간 광학 모듈레이터의 조절은 마이크로 미러들의 경사를 조절하여 수행할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 노광 방법의 다른 예에 있어서, 상기 광의 세기 분포를 조절한 단계 전에, 상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 마이크로-파리 눈 렌즈를 통과시켜 슬릿 영역으로 분배할 수 있다.
본 발명에 따른 노광 장치에 따르면, 공간 광학 모듈레이터를 이용하여 반도체 기판 상의 포토레지스터 패턴의 CD 균일성을 높일 수 있다. 특히, 포토마스크 패턴의 CD 분포가 좋지 않은 경우, 공간 광학 모듈레이터의 마이크로 미러들의 반사 각도를 조절하여 포토마스크 패턴의 CD 분포를 보정할 수 있다. 나아가, 공간 광학 모듈레이터를 포토마스크의 이미지 보정 영역에 위치시킴으로써, 포토레지스트 패턴의 CD 분포 보정에 대한 신뢰성이 높아질 수 있다.
나아가, 공간 광학 모듈레이터는 포토마스크에 따라서 교체되지 않고 다양한 포토마스크들에 범용으로 이용될 수 있다. 또한, 공간 광학 모듈레이터는 기계적으로 움직일 필요가 없기 때문에, 스텝퍼뿐만 아니라 스캐너 시스템 나아 차세대 EUV 시스템에도 용이하게 적용될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치(100)를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 광원(120)으로부터 광(125)이 방출될 수 있다. 예를 들어, 광원(120)은 레이저 소스일 수 있고, 방출된 광(125)은 선형 편광될(linear polarized) 수 있다. 이 실시예에서, 광(125)은 평행 광선(parallel ray) 형태로 광원(120)으로부터 방출될 수 있다. 하지만, 후술하는 바와 같이, 광(125)은 발산 광선(divergent ray) 형태로 광원(120)으로부터 방출될 수도 있다. 이하에서는 평행 광선 형태의 광(125)을 예로 설명한다.
광(125)이 움직이는 경로는 도 1에서 라인으로 도시되었다. 광(125)은 포토마스크(160)를 통해서 반도체 기판(110) 상에 조사될 수 있다. 이에 따라, 포토마스크(160)의 패턴(162)이 반도체 기판(110) 상에 전사될 수 있다. 예를 들어, 포토마스크(160)의 패턴(162)은 반도체 기판(110) 상의 포토레지스트 패턴(미도시)으로 전사될 수 있다. 반도체 기판(110)은 스테이지(105) 상에 안치될 수 있다. 노광 장치(100)가 스캐너 타입인 경우, 스테이지(105)는 노광 동안 정밀하게 이동될 수 있다.
예를 들어, 광(125)은 빔 전달 모듈(beam delivery module, 130)에서 적절한 조명계로 중계될 수 있다. 빔 전달 모듈(130)을 거친 광(125)은 집광 모듈(condensing module, 140)의 일부분을 거쳐서 균일성 조절 모듈(uniformity adjustment module, 150)로 전달되고 다시 집광 모듈(140)의 다른 부분으로 전달될 수 있다. 집광 모듈(140)을 통과한 광(125)은 포토마스크(160)를 통해서 반도체 기판(110) 상으로 조사될 수 있다.
균일성 조절 모듈(150)은 포토마스크(160)의 패턴(162)의 CD 불균일성을 보정하기 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어, 균일성 조절 모듈(150)은 광원(120)으로부터 전달된 광(125)의 세기를 조절하기 위한 공간 광학 모듈레이터(spatial light modulator; SLM, 158)를 포함할 수 있다. 공간 광학 모듈레이터(158)은 후술 하는 바와 같이, 광(125)의 반사 각도를 조절할 수 있다.
균일성 조절 모듈(150)은 광(125)의 전달 및 편광을 제어하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광빔 스플릿터(polarized beam splitter; PBS, 151)는 포토마스크(160) 및 공간 광학 모듈레이터(158) 사이에 배치되어, 광원(120)으로부터 전달된 선형 편광된 광(125)을 공간 광학 모듈레이터(158) 방향으로 전반사시킬 수 있다. 편광빔 스플릿터(151)는 광(125)의 편광 형태에 따라서 광(125)을 전반사 시키거나 또는 전투과시킬 수 있다.
제 1 렌즈(152)는 편광빔 스플릿터(151) 및 공간 광학 모듈레이터(158) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 렌즈(152)는 편광빔 스플릿터(151)에서 전반사된 광(125)을 평행 광선으로 만들 수 있다. 이러한 의미에서 제 1 렌즈(152)는 콜리메이팅(collimating) 렌즈로 불릴 수도 있다.
제 1 쿼터 파장(λ/4) 플레이트(153)는 제 1 렌즈(152) 및 공간 광학 모듈레이터(158) 사이에 배치될 수 있다. 선형 편광된 광(125)은 제 1 쿼터 파장 플레이트(153)를 통과하면서 원형(circular) 편광으로 바뀔 수 있다.
제 2 렌즈(154)는 제 1 렌즈(152) 및 공간 광학 모듈레이터(158) 사이에 배치되고, 어퍼쳐(aperture, 155)는 제 2 렌즈(154) 및 공간 광학 모듈레이터(158) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 어퍼쳐(155)는 제 2 렌즈(154)의 초점에 위치될 수 있다. 이에 따라, 원형 편광된 광(125)은 제 2 렌즈(154)를 통과하면서 집속되어 어퍼쳐(155)를 통과할 수 있다.
제 3 렌즈(156)는 어퍼쳐(155) 및 공간 광학 모듈레이터(158) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 광(125)은 제 3 렌즈(156)를 통과하면서 다시 평행 광선이 되고, 이어서 공간 광학 모듈레이터(158)에서 그 세기 분포가 조절되도록 반사될 수 있다.
반사된 광(125)은 제 3 렌즈(156), 어퍼쳐(155) 및 제 2 렌즈(154)를 거쳐서 다시 제 1 쿼터 파장 플레이트(153)를 통과하면서 그 전과 90o 방향이 다른 편광을 갖게 될 수 있다. 이와 같이 90o 방향으로 편광된 광(125)은 편광빔 스플릿터(151)를 전투과할 수 있다. 즉, 광원(120)으로부터 전달된 광(125)은 편광빔 스플릿터(151)에서 전반사되어 공간 광학 모듈레이터(158)에 전달되고, 공간 광학 모듈레이터(158)에서 반사된 광(125)은 이후 90o 방향으로 편광되어 편광빔 스플릿터(151)를 전투과하여 집광 모듈(140)로 전달될 수 있다.
집광 모듈(140)은 빔 전달 모듈(130)에서 전달된 광(125)을 균일성 조절 모듈(150)로 전달하고, 다시 균일성 조절 모듈(150)에서 그 세기 분포가 조절된 광(125)을 포토마스크(160)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 집광 모듈(140)은 마이크로-파리 눈 렌즈(micro-fly's eye lens, 142), 제 4 렌즈(144) 및 제 2 쿼터 파장 플레이트(146)를 포함할 수 있다.
마이크로-파리 눈 렌즈(142)는 도 3에 도시된 바와 같이, 빔 전달 모듈(130)에서 전달된 광(125)을 노광 슬릿 영역으로 분배할 수 있다. 마이크로-파리 눈 렌즈(142)는 사입사 조명(off-axis illumination)의 특징을 포함하도록 디자인 될 수 있다. 마이크로-파리 눈 렌즈(142)에서 슬릿 영역으로 분배된 광(125)은 균일성 조 절 모듈(150)의 편광빔 스플릿터(151)로 전달될 수 있다.
제 4 렌즈(144)는 편광빔 스플릿터(151)에서 전투과된 광(125)을 평행 광선으로 만들어 줄 수 있다. 제 2 쿼터 파장 플레이트(146)는 광(125)을 다시 원형 편광으로 만들어 포토마스크(160)에 전달할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, TE(transverse electric field) 모드를 이용하는 경우, 제 2 쿼터 파장 플레이트(146)가 생략되고 선형 편광의 광(125)이 포토마스크(160)에 조명될 수도 있다. 이 경우, 선형 편광의 광(125)을 이용하도록 노광 장치(100)가 다시 디자인 될 수도 있다. 예를 들어, 리볼보 타입의 플레이트를 이용하여 쿼터 파장 편광 또는 반 파장의 편광을 선택할 수 있다.
빔 전달 모듈(130)은 광원(120)으로부터 방출된 광(125)을 마이크로-파리 눈 렌즈(142)로 전달한다. 예를 들어, 제 5 렌즈(131)는 광원(120)으로부터 방출된 광(125)을 미러(132)로 집속시킬 수 있다. 미러(132)에서 반사된 광(125)은 제 6 렌즈(133)를 통과하면서 평행 광선으로 바뀔 수 있다. 이어서, 광(125)은 제 7 렌즈(134)를 통과하면서 집속되고 제 8 렌즈(135)를 통과하면서 다시 평행 광선으로 바뀔 수 있다. 이와 같은 제 7 렌즈(134) 및 제 8 렌즈(135)의 조합은 릴레이 광학계(relay optic)로 불릴 수 있다. 이어서, 광(125)은 제 9 렌즈(138)를 통과하면서 집속되어 마이크로-파리 눈 렌즈(142)로 전달될 수 있다.
포토마스크(160)를 통과한 광(125)은 투영 모듈(projection module, 170)을 통해서 반도체 기판(110) 상에 조사될 수 있다. 예를 들어, 투영 모듈(170)은 제 10 렌즈(172) 및 제 11 렌즈(174)를 포함할 수 있다.
공간 광학 모듈레이터(158)는 포토마스크(160)의 이미지 보정 영역에 배치될 수 있다. 반도체 기판(110)은 이미지 보정 영역들의 다른 하나에 위치할 수 있다. 따라서, 공간 광학 모듈레이터(158)는 반도체 기판(110)이 위치한 평면의 이미지 보정 영역이 될 수도 있다.
포토마스크(160)가 위치한 평면을 마스크 평면(MP)이라고 할 때, 이미지 보정 영역은 이상적으로는 마스크 평면(MP)의 공액 평면들(conjugate plain, CP)로 한정될 수 있다. 공액 평면(CP)이라 함은 포토마스크(160)와 함께 이미지를 구현하는 평면을 지칭할 수 있다. 따라서, 공액 평면(CP)은 이미징 평면으로 불릴 수도 있다. 도 1에서, 마스크 평면(MP)의 공액 평면들(CP) 각각은 이상적으로는 면을 나타낸다.
하지만, 실제로 공간 광학 모듈레이터(158)를 정확히 정해진 2차원 면에 위치시킨다는 것은 거의 불가능할 것이다. 따라서, 이미지 보정 영역들이 공액 평면(CP)과 거의 일치하는 것이 이상적이지만, 일정한 범위까지 확대되는 것도 가능하다. 따라서, 이 실시예에서, 이미지 보정 영역들은 공액 평면(CP)으로부터 포토마스크(160)의 폭만큼 양쪽으로 확대된 영역을 지칭할 수 있다.
공간 광학 모듈레이터(158)가 이미지 보정 영역에 위치하면, 공간 광학 모듈레이터(158)에서 일정 폭이 포토마스크(160)에서 거의 같은 폭으로 대응될 수 있다. 이에 따라서, 포토마스크(160)의 소정 부분의 CD를 보정하고자 하는 경우, 공간 광학 모듈레이터(158)의 해당 부분의 반사 각도를 조절할 수 있다. 이러한 대응 관계는 공간 광학 모듈레이터(158)를 이용하여 포토마스크(160)의 CD를 보정하는 것을 매우 용이하게 한다. 이에 따라, 공간 광학 모듈레이터(158)를 이용하여 포토마스크(160)의 패턴(162)의 CD 균일성을 보정할 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판(110) 상의 포토레지스트 패턴의 CD 균일성을 높일 수 있다.
만일, 공간 광학 모듈레이터(158)가 이미지 보정 영역으로부터 벗어난 경우에는 공간 광학 모듈레이터(158)에서 일정 폭이 포토마스크(160)에서는 더 넓게 나타날 수 있다. 이 경우, 포토마스크(160)에서 CD를 보정하고자 하는 부분과 공간 광학 모듈레이터(158)에서 반사 각도를 조절하는 부분이 일치하지 않게 된다. 따라서, 공간 광학 모듈레이터(158)를 이용한 포토마스크(160)의 CD 보정 신뢰성이 낮게 된다.
이 실시예에서, 빔 전달 모듈(130), 집광 모듈(140) 및 투영 모듈(170) 내의 렌즈 배치는 예시적으로 제시되었다. 나아가, 균일성 조절 모듈(150)에서 공간 광학 모듈(158)에 광(125)을 전달하는 수단들도 예시적으로 제시되었다.
도 2는 비교예에 따른 노광 장치(200)에서 공액 평면들을 보여주는 개략적인 단면도이다. 노광 장치(200)는 도 1의 노광 장치(100)에서 균일성 조절 모듈(150)이 빠진 것과 대응할 수 있다.
도 2를 참조하면, 노광 장치(200)에서 광(225)은 광원(120)으로부터 방출되어 빔 전달 모듈(230), 집광 모듈(240), 포토마스크(260) 및 투영 모듈(270)을 통해서 반도체 기판(110) 상으로 조사될 수 있다. 포토마스크(260)의 마스크 평면(MP)의 공액 평면들(CP)을 보다 명확하게 보여주기 위해서, 광(125)은 광원(120)으로부터 발산하도록 선택될 수 있다. 이 경우, 광(125)의 초점 평면이 모두 공액 평면들(CP)이 될 수 있다.
하지만, 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에서, 공액 평면들(CP)은 이상적인 초점 평면에 고정되지 않고 확장되어 해석되어야 한다. 예를 들어, 초점 평면을 기준으로 포토마스크(260)의 두께 정도의 범위 내는 모두 공액 평면들(CP)로 인정될 수 있다.
도 4는 도 1의 노광 장치(100)에서 공간 광학 모듈레이터(158)를 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 공간 광학 모듈레이터(158)는 복수의 마이크로 미러들(1582)을 포함할 수 있다. 마이크로 미러들(1582)은 그 아래의 구동부(1584)를 이용하여 개별적으로 경사가 조절될 수 있다. 이러한 의미에서, 공간 광학 모듈레이터(158)는 마이크로 미러 어레이 또는 마이크로 미러 디바이스로 불릴 수도 있다.
마이크로 미러들(1582)은 그 수가 매우 많고 넓은 범위에 분포되기 때문에, 포토마스크(160)가 변경된 경우에도 공간 광학 모듈레이터(158)가 교체될 필요가 없다. 단지 포토마스크(160)에 맞추어 해당하는 위치의 마이크로 미러들(1582)을 선택하여 동작시키면 충분하다. 따라서, 공간 광학 모듈레이터(158)는 다양한 포토마스크(160)에 범용으로 적용될 수 있다.
나아가, 노광 장치(100)가 스캐너 시스템인 경우에도, 공간 광학 모듈레이터(158)는 기계적으로 움직일 필요가 없다. 예를 들어, 포토마스크(160)가 움직이는 경우, 공간 광학 모듈레이터(158)에서 포토마스크(160)에 맞추어 해당하는 마이 크로 미러들(1582)을 선택하면 된다. 따라서, 노광 장치(100)는 스텝퍼(stepper)뿐만 아니라 스캐너 시스템에도 용이하게 적용될 수 있고, 나아가 차세대의 EUV 시스템에도 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 노광 방법(300)을 보여주는 순서도이다. 이하에서 노광 방법(300)은 도 1의 노광 장치를 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 광원(120)으로부터 광(125)을 방출한다(S310). 예를 들어, 광(125)은 도 1에 도시된 바와 같이 선형 편광된 평행 광선일 수 있다. 다른 예로, 광(125)은 발산 광선일 수도 있다.
이어서, 공간 광학 모듈레이터(158)를 이용하여 광(125)의 세기 분포를 조절할 수 있다(S320). 예를 들어, 광원(120)으로부터 방출된 광(125)을 빔 전달 모듈(130)을 통해서 마이크로-파리 눈 렌즈(142)에 전달할 수 있다. 이어서, 마이크로-파리 눈 렌즈(142)를 통과한 광(125)을 편광빔 스플릿터(151)에서 공간 광학 모듈레이터(158) 방향으로 전반사시킬 수 있다. 이어서, 광(125)을 제 1 렌즈(152), 제 1 쿼터 파장 플레이트(153), 제 2 렌즈(154), 어퍼쳐(155) 및 제 3 렌즈(156)를 통해서 공간 광학 모듈레이터(158)에 전달할 수 있다. 공간 광학 모듈레이터(158)는 마이크로 미러들(1582)의 경사를 조절하여 광(125)의 세기 분포를 조절할 수 있다.
이어서, 광(125)은 공간 광학 모듈레이터(158)에서 반사되어 제 3 렌즈(156), 어퍼쳐(155), 제 2 렌즈(154), 제 1 쿼터 파장 플레이트(153) 및 제 1 렌즈(152)를 통해서 편광빔 스플릿터(151)로 전달될 수 있다. 제 1 쿼터 파장 플레이트(153)에서 90o 방향으로 편광된 광(125)은 편광빔 스플릿터(151)를 전투과하여 집광 모듈(140)로 전달될 수 있다.
이어서, 광(125)을 포토마스크(160)를 통과하여 반도체 기판(110)에 조사한다(S330). 예를 들어, 광(125)은 제 4 렌즈(144) 및 제 2 쿼터 파장 플레이트(146)를 통과하여 포토마스크(160)에 조명될 수 있다. 전술하는 바와 같이, TE 모드를 이용하는 경우, 광(125)은 제 4 렌즈(144)에서 포토마스크(160)로 바로 전달될 수도 있다. 광(125)은 포토마스크(160)의 패턴(162)을 따라서 회절되어 투영 모듈(170)에 전달되고, 투명 모듈(170)을 통과한 후 소정 배율로 축소되어 반도체 기판(110) 상에 조사될 수 있다.
이에 따라, 반도체 기판(110) 상의 포토레지스트층(미도시)에 광 에너지가 전달될 수 있다. 이후, 반도체 기판(110)을 현상하면, 반도체 기판(110) 상에 포토레지스트 패턴을 형성될 수 있다. 이러한 포토레지스트 패턴을 식각 보호막으로 이용하여 반도체 기판(110)을 식각하면, 소정 형태의 패턴을 반도체 기판(110)에 형성할 수 있다.
발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치를 보여주는 개략적인 단면도이고;
도 2는 비교예에 따른 노광 장치에서 공액 평면들을 보여주는 개략적인 단면도이고;
도 3은 도 1의 노광 장치에서 마이크로-파리 눈 렌즈를 예시적으로 보여주는 사시도이고;
도 4는 도 1의 노광 장치에서 공간 광학 모듈레이터를 예시적으로 보여주는 사시도이고; 그리고
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판의 노광 방법을 보여주는 순서도이다.

Claims (25)

  1. 광을 방출하는 광원;
    상기 광원으로부터 반도체 기판으로 이어지는 상기 광의 경로에 배치되고, 상기 반도체 기판으로 전사하고자 하는 패턴을 갖는 포토마스크; 및
    상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에서 상기 포토마스크의 이미지 보정 영역들의 하나에 배치되고, 상기 광의 세기 분포를 조절하기 위한 공간 광학 모듈레이터(SLM)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 보정 영역들은 상기 포토마스크가 위치한 마스크 평면의 공액 평면들(conjugate plain)로부터 상기 포토마스크의 폭만큼 양쪽으로 확장된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 상기 이미지 보정 영역들의 다른 하나에 배치된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 공간 광학 모듈레이터는 상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 반사시키기 위한 마이크로 미러 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 마이크로 미러 어레이는 각각 경사(tilt) 조절이 가능한 복수의 마이크로 미러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 포토마스크 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치되고, 상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 상기 공간 광학 모듈레이터 방향으로 전반사시키는 편광빔 스플릿터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 편광빔 스플릿터 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치된 제 1 쿼터 파장 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 편광빔 스플릿터 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치된 어퍼쳐를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 편광빔 스플릿터 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치되어 상기 편광빔 스플릿터를 거친 상기 광을 평행하게 해주는 제 1 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 렌즈 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치되어 상기 제 1 렌즈를 통과한 상기 광을 집속하는 제 2 렌즈를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 노광 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 렌즈 및 상기 공간 광학 모듈레이터 사이에 배치되어 상기 제 2 렌즈를 통과한 상기 광을 평행하게 해주는 제 3 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  12. 제 6 항에 있어서, 상기 광원 및 상기 편광빔 스플릿터 사이의 상기 광의 경로에 배치된 마이크로-파리 눈 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 광원 및 상기 편광빔 스플릿터 사이에 배치된 빔 배송 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 편광빔 스플릿터 및 상기 포토마스크 사이에 배치된 제 2 쿼터 파장 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제 6 항에 있어서, 상기 편광빔 스플릿터 및 상기 포토마스크 사이에 배치되어 상기 편광빔 스플릿터를 통과한 상기 광을 평행하게 해주는 제 4 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 광원으로부터 광을 방출하는 단계;
    상기 광원으로부터 반도체 기판으로 이어지는 상기 광의 경로에서, 공간 광학 모듈레이터를 이용하여 상기 광의 세기 분포를 조절하는 단계; 및
    세기 분포가 조절된 상기 광을 패턴을 갖는 포토마스크를 통하여 상기 반도체 기판에 조사하는 단계를 포함하고,
    상기 공간 광학 모듈레이터는 상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에서 상기 포토마스크의 이미지 보정 영역들의 하나에 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 이미지 보정 영역들은 상기 포토마스크가 위치한 마스크 평면의 공액 평면들(conjugate plain)로부터 상기 포토마스크의 폭만큼 양쪽으로 확장된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 공간 광학 모듈레이터는 상기 포토마스크의 상기 패턴의 균일도를 보정하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 공간 광학 모듈레이터의 조절은 마이크로 미러들의 경사를 조절하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 광의 세기 분포를 조절한 단계 전에,
    상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 마이크로-파리 눈 렌즈를 통과시켜 노광 슬릿 영역으로 분배하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 광의 세기 분포를 조절하는 단계는,
    상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 편광빔 스플릿터에서 전반사시키는 단계;
    전반사된 상기 광을 상기 공간 광학 모듈레이터에서 반사시키는 단계; 및
    반사된 상기 광을 상기 편광빔 스플릿터를 통하여 전투과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
  22. 제 16 항에 있어서, 상기 광의 세기 분포를 조절하는 단계는, 상기 반사시키는 단계 전에 상기 전반사된 상기 광의 편광 형태를 제 1 쿼터 파장 플레이트를 이용하여 변환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 노광 방법.
  23. 광을 방출하는 광원;
    상기 광원으로부터 반도체 기판으로 이어지는 상기 광의 경로에 배치되고, 상기 반도체 기판으로 전사하고자 하는 패턴을 갖는 포토마스크; 및
    상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에 배치된 균일성 조절 모듈을 포함하고, 상기 균일성 조절 모듈은 상기 광원으로부터 전달된 상기 광을 전반사시키는 편광빔 스플릿터와 상기 광의 세기 분포를 조절하기 위한 공간 광학 모듈레이터(SLM)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 공간 광학 모듈레이터는 상기 광원 및 상기 포토마스크 사이에서 상기 포토마스크의 이미지 보정 영역들의 하나에 배치된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 반도체 기판은 상기 이미지 보정 영역들의 다른 하나에 배치된 것을 특징으로 하는 노광 장치.
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