KR20090072807A - 전자빔 노광 장비 - Google Patents

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Abstract

기판 상을 스캔(scan)할 전자빔을 제공하는 전자총, 전자빔이 기판 상을 스캔하게 유도하는 렌즈(lens)부, 및 전자빔의 형상을 제한하기 위해 렌즈부에 삽입된 사각형 개구(aperture)를 가지는 제1조리개, 사각형 개구에 중첩되는 삼각형 개구를 가지는 제2조리개, 및 사각형 개구가 삼각형 개구에 대해 회전되게 중첩되어 전자빔의 형상이 회전 정도에 의존하여 예각 각도가 달라지는 삼각형으로 제공되게 제1조리개를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 전자빔 노광 장비를 제시한다.
전자빔 노광, 조리개, VSB, 사선 패턴

Description

전자빔 노광 장비{E-beam exposure apparatus}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 전자빔(E-beam) 노광 장비에 관한 것이다.
메모리(memory) 소자와 같은 반도체 소자를 웨이퍼(wafer) 상에 집적시키기 위해서, 웨이퍼 상에 집적할 회로 패턴의 레이아웃(layout)을 설계하고, 설계된 패턴 레이아웃을 리소그래피(lithography) 과정으로 웨이퍼 상에 패턴 전사하는 노광 과정이 수행되고 있다. 설계된 회로 패턴의 레이아웃을 따르는 형상을 가지는 마스크 패턴(mask pattern)을 투명한 기판 상에 구비한 포토 마스크(photo mask)를 제작한 후, 포토 마스크를 이용한 노광 과정을 수행하여 웨이퍼 상에 패턴 전사하고 있다. 이때, 포토 마스크 상에 설계된 레이아웃을 따르는 마스크 패턴을 전사할 때, 전자빔 노광 장비가 이용되고 있다.
전자빔 노광 장비는 전자총과 같은 전자빔 소스(source)에서 발생된 전자빔을 투명한 기판 상의 마스크(mask)층에 상에 도포된 전자빔용 레지스트(resist)층에 조사하여, 설계된 패턴 레이아웃의 데이터(data)에 따라 형상을 레지스트층이 묘화되도록 하고 있다. 이때, 특정한 빔 형상으로 전자빔을 조사하고, 설계된 패턴 레이아웃에 따라 빔 형상을 가변하는 가변형 빔(VSB: Variable Shaped Beam) 방식의 전자빔 노광 장비가 주로 이용되고 있다. 이러한 가변형 빔 방식의 전자빔 노광 장비는, 전자빔 스캔(scan)을 위해 도입되는 마그네틱 렌즈부(magnetic lens)에 2 개의 조리개부들을 삽입하고, 조리개들의 삭각형의 개구(aperture)들이 중첩되는 정도를 조절하여 다양한 크기의 사각형 빔 형상을 구현하고 있다.
이러한 전자빔 노광 장비에서 실질적으로 레지스트층에 조사되는 전자빔의 단면 형상은 실질적으로 사각형이게 된다. 이러한 사각형 전자빔을 이용하여 패턴 전사를 하기 위해서, 패턴 레이아웃의 패턴 폴리곤(polygon)들은 사각형이나 사각형들의 조합에 의해서 이루어질 수 있는 형상을 가지게 설계되고 있다. 예컨대, 워드 라인(word line)이나 이에 수직한 비트 라인(bit line)에 수직하게 연장되는 수직 패턴들로 패턴 레이아웃이 구성되고 있다.
반도체 소자의 집적도가 증가되고 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라, 제한된 웨이퍼 면적내에 보다 많은 소자를 구현하고자, 워드 라인이나 비트 라인에 수직하지 않고, 일정한 각도, 예컨대, 27°의 각도로 길게 연장되는 사선 패턴이 패턴 레이아웃에 도입되고 있다. 이러한 사선 패턴은 4F2나 6F2 의 셀(cell) 구조에 적용되는 활성 영역(active region)을 구현하는 데 이용되고 있다.
그런데, 이러한 사선 패턴을 사각형 전자빔을 조사하여 묘사할 경우, 좁은 사각형 영역으로 사선 패턴을 잘게 나누어 이러한 영역들에 사각형 빔을 순차적으로 조사하여 사선 패턴을 그리게 된다. 이에 따라, 사선 패턴의 변은 실질적으로 계단 형상으로 그려져 패턴의 경계가 거칠어지는 거침도(roughness)가 크게 증가되게 된다. 따라서, 사선 패턴을 적용하여 반도체 소자의 집적도를 보다 증가시키기 위해서, 전자빔의 단면 형상을 보다 자유롭게 다양한 형상으로 제공할 수 있는 전자빔 장비의 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 전자빔의 형상을 보다 다양한 형상으로 제공할 수 있는 전자빔 장비를 제시하고자 한다.
본 발명의 일 관점은, 기판 상을 스캔(scan)할 전자빔을 제공하는 전자총; 상기 전자빔이 상기 기판 상을 스캔하게 유도하는 렌즈(lens)부; 및 상기 전자빔의 형상을 제한하기 위해 상기 렌즈부에 삽입된 사각형 개구(aperture)를 가지는 제1조리개; 상기 사각형 개구에 중첩되는 삼각형 개구를 가지는 제2조리개; 및 상기 사각형 개구가 상기 삼각형 개구에 대해 회전되게 중첩되어 상기 전자빔의 형상이 상기 회전 정도에 의존하여 예각 각도가 달라지는 삼각형으로 제공되게 상기 제1조리개를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 전자빔 노광 장비를 제시한다.
상기 제2조리개는 상기 삼각형 개구와 함께 사각형 개구를 함께 가지는 전자빔 노광 장비일 수 있다.
본 발명의 실시예는, 전자빔의 형상을 보다 다양한 형상으로 제공할 수 있어 다양한 각도 방향으로 연장되는 사선 패턴을 전자빔 노광할 수 있는 전자빔 노광 장비를 제시할 수 있다. 전자빔 노광 장비는 사선 패턴의 변의 각도에 정렬되는 전자빔의 단면 형상을 제공할 수 있다. 이에 따라, 사선 패턴을 전자빔 노광할 때, 무수히 많은 작은 폴리곤(polygon)들로 분할하여 전자빔 노광 과정을 수행하던 것 을 개선할 수 있다. 즉, 사선 패턴에 부합되는 형상을 빔 단면 형상으로 가지는 전자빔 제공하여, 사선 패턴을 보다 작은 폴리곤들로 분할하여 전자빔 노광을 수행하여, 전자빔 노광을 보다 신속하게 수행할 수 있고, 또한 패턴 거침도가 증가되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시예는, 전자빔의 단면 형상을 보다 다양한 각도를 가지는 삼각형 형상으로 제공하기 위해서, 사각형 개구 및 삼각형 개구를 가지는 조리개들을 구비하고, 사각형 개구를 가지는 조리개가 회전에 의해서 삼각형 개구에 중첩되게 한다. 이러한 중첩에 의해서 두 조리개가 구현하는 중첩 개구는 다양한 각도의 예각을 가지는 삼각형 형상을 가질 수 있다. 이러한 삼각형 형상은 사선 패턴의 변의 각도에 부합되는 각도를 꼭지각으로 가지는 삼각형을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 노광 장비는 사선 패턴의 변의 각도에 정렬되는 전자빔의 단면 형상을 제공할 수 있다. 사선 패턴을 전자빔 노광할 때, 무수히 많은 작은 폴리곤(polygon)들로 분할하여 전자빔 노광 과정을 수행하던 것을 개선하여, 사선 패턴에 부합되는 형상을 빔 단면 형상으로 가지는 전자빔 제공할 수 있다. 따라서, 보다 작은 수의 폴리곤들로 사선 패턴을 분할하여 전자빔 노광을 수행할 수 있어, 전자빔 노광에 소요되는 시간을 크게 줄일 수 있다. 또한 노광된 패턴의 변의 거침도가 증가되는 것을 억제할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔(E-beam) 노광 장비를 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 노광 장비는, 전자빔을 제공하는 소스(source)로서의 전자총(100)을 구비하고, 전자빔 노광될 레지스트층이 도포된 기판(330) 상을 전자빔이 스캔(scan)하게 유도하는 컬럼(column) 형태의 렌즈부(310)가 다수의 마그네틱 렌즈(311)들을 포함하여 구성된다. 이때, 마그네틱 렌즈(311)들은 전자빔의 경로(200)를 제어하거나 또는 포커스(focus)시키는 작용을 하게 구성된다.
이러한 렌즈부(310) 내에 기판(330) 상에 입사되는 전자빔의 단면 형상을 제공하는 조리개부(410, 430)가 상측의 제1조리개(410)와 하측의 제2조리개(430)로 도입된다. 제1조리개(410)는 도 2에 제시된 바와 같이, 사각형 제1개구(411)를 가지게 구성된다. 제1조리개(410)는 입사되는 전자빔이 제1개구(411)로만 지나가게 제한하여 전자빔의 형상을 제1개구(411)에 따른 단면 형상을 가지게 제한한다. 이때, 제1개구(411)의 사각형이 회전하여 배치될 수 있게 제1조리개(310)를 회전시키는 회전 구동부(450)가 제1조리개(310)에 연결된다. 회전 구동부(450)는 회전 구동 모터(motor)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1조리개(410)의 제1개구(411)에 중첩되는 삼각형의 제2개구(431)를 가지는 제2조리개(430)가 또한 렌즈부(310)에 삽입된다. 제2조리개(430)는 도 3에 제시된 바와 같이, 제1개구(411)와 중첩되는 삼각형의 제2개구(431)를 가지게 구성된다. 이때, 제2개구(431)를 이루는 삼각형은 이등변 직삼각형 형태로 구성될 수 있으며, 직각꼭지점이 상호 직교 방향에서 마주보게 위치하도록 4개의 삼각형 제2개구(431)들이 배치될 수 있다. 또한, 제2개구(431)들 중간 영역에 제1개구(411)와 대등한 형상 및 크기의 사각형의 제3개구(433)가 더 구비될 수 있다.
이와 같이 삽입되는 제1조리개(410)의 제1개구(411)와 제2조리개(430)의 제2개구(431)는, 도 4에 제시된 바와 같이 겹쳐지게 중첩되어 삼각형 형상(491)의 개구를 유도하게 된다. 따라서, 제1 및 제2개구(411, 431)를 통과한 전자빔의 단면 형상은 45° 보다 더 작은 예각을 가지는 삼각형 형상(491) 형상을 가지게 유도될 수 있다. 이때, 전자빔의 삼각형 형상(491)의 예각은 제1조리개(410)의 회전 구동부(도 1의 450)에 의한 회전 방향각에 의존하여 설정될 수 있다. 제1조리개(410)의 회전각 정도에 의해서, 제2개구(431)에 겹쳐지는 제1개구(411)의 사각형 형상의 방향각이 달라지고, 이에 따라, 중첩되는 형상인 삼각형 형상(491)의 예각 정도 또한 달라진다. 즉, 제1조리개(410)의 회전 정도에 의해서, 전자빔의 단면 형상의 삼각형 형상(491)이 다양한 각도의 예각을 가지게 유도할 수 있다.
따라서, 노광하고자 하는 사선 패턴의 사선 각도가 27° 뿐만 아니라 다른 각도로 설계되더라도, 이러한 사선 패턴의 변의 각도에 정렬되는 전자빔의 단면 형상을 제공할 수 있다. 이에 따라, 사선 패턴을 전자빔 노광할 때, 무수히 많은 작은 폴리곤(polygon)들로 분할하여 전자빔 노광 과정을 수행하던 것을 개선할 수 있다. 즉, 사선 패턴에 부합되는 형상을 빔 단면 형상으로 가지는 전자빔 제공하여, 사선 패턴을 보다 작은 폴리곤들로 분할하여 전자빔 노광을 수행하여, 전자빔 노광을 보다 신속하게 수행할 수 있고, 또한 패턴 거침도가 증가되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 도 5에 제시된 바와 같이, 제3개구(433)에 제1개구(411)가 중첩되게 제1 및 제2조리개(410, 430)를 조절하여, 중첩되는 개구가 사각형(493)이 되도록 유도할 수 있다. 이에 따라, 사각형(493) 개구를 지나는 전자빔의 단면 형상이 사각형이나 직사각형을 가지며 기판(도 1의 330) 상에 스캔되도록 유도할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 노광 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자빔의 형상을 제공하는 조리개들을 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 전자빔의 형상들의 일례들을 보여주는 도면들이다.

Claims (2)

  1. 기판 상을 스캔(scan)할 전자빔을 제공하는 전자총;
    상기 전자빔이 상기 기판 상을 스캔하게 유도하는 렌즈(lens)부; 및
    상기 전자빔의 형상을 제한하기 위해 상기 렌즈부에 삽입된 사각형 개구(aperture)를 가지는 제1조리개;
    상기 사각형 개구에 중첩되는 삼각형 개구를 가지는 제2조리개; 및
    상기 사각형 개구가 상기 삼각형 개구에 대해 회전되게 중첩되어 상기 전자빔의 형상이 상기 회전 정도에 의존하여 예각 각도가 달라지는 삼각형으로 제공되게 상기 제1조리개를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 전자빔 노광 장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2조리개는 상기 삼각형 개구와 함께 사각형 개구를 함께 가지는 전자빔 노광 장비.
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