KR910007220B1 - 리소그래피 시스템 및 그의 해상도 증진 방법 - Google Patents

리소그래피 시스템 및 그의 해상도 증진 방법 Download PDF

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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

리소그래피 시스템 및 그의 해상도 증진 방법
제1도는 본 발명의 실시예로서의 리소그래픽 시스템의 다이어그램.
제2도는 본 발명의 공간 여파 시스템(spatial filtering system)에 전체가 노출되는 다양한 그레이팅 구조제, 그리드, 사이클 및 플레이트 등을 포함하고 있는 실시예적인 마스크를 도시한 도면.
제3도 내지 제5도는 제1도 시스템이 갖는 여러 공간 필터를 도시한 도면.
제6도는 제2도의 실시예적인 한 그레이팅 구조체의 공간적 기능을 도시한 도면.
제7도는 본 발명에 따라 제작된 실시예적인 공간적 필터에 대하여, 제6도의 공간적 기능인 국부적 영상의 스펙트럼을 도시한 도면.
제8도는 영상면에서, 실시예 그레이팅 구조체에 관한 전계 진폭 분산도.
제9도는 웨이퍼의 레지스트면과 충돌하는 2중 그레이팅 구조체의 최종 영상 발광을 도시한 도면.
제10도는 본 발명의 공간 필터 기법을 이용한 교번적으로 경사지게 조명하는 리소그래피 시스템.
제11도는 제10도의 경사 조명 시스템에서 구하여진 국부 영상의 스팩트럼.
제12도는 공간 블록킹 기법을 이용하여 형성된 주기 0.5㎛(0.25㎛규격)인 실시예적 그레이팅 구조체의 SEM사진.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 리소그래피 시스템 12 : 조명 소오스
14, 15, 16 : 영상 시스템 18 : 마스크
22 : 공간 필터
본 발명은 리소그래피 노출기법, 특히 일반 리소그래피 시스템의 2중해를 구하기 위해, 마스크의 퓨리에 변환 평면에서 공간적 여파를 행하는 기술에 관한 것이다.
근래에 여러 형태의 집적 광학 회로의 초소형화 필요성이 증대되고 있다. 예컨대, 분산 궤환 레이저에서는 주기 0.2㎛(크기 0.115㎛)인 내부 그레이팅 층을 갖고 있으며, 절연체 도파관상의 분산 브래그 반사기에서는 주기 0.5㎛(크기 0.25㎛) 정도를 필요로 한다.
많은 연구내용이 포토그래피 시스템의 초소형화를 위해 기여하였다. 일례로, 지.오.레이놀즈(G.O.Reynolds)가 1984년 5월 22일 출원한 미국 특허 제4,450,358호 내용이 바로 그러하다. 레이놀즈의 시스템에서는 디프 자외선 소오스(익사이머 레이저), 간섭 집광기, 반사광학 시스템 및 코오스/파인 포커스 제어기를 이용하여, 노출 선로폭을 0.02 내지 0.50㎛으로 하는 것이 가능하게 하였다. 그러나, 상기 포커스 제어기는 시스템의 제작 경비가 크고 노출을 행하는 소요 시간이 상당하였다.
그밖에도 디.시.플랜더(D.C.Flander)등이 1982년 11월 23일 출원한 미합중국 특허 제4,360,586호의 내용도 공간 주기분할 기술에 관한 것이다. 실제로 공간 주기 p인 마스크가 웨이퍼면에서 S(=p2/nλ) 길이만큼 이격되었다. n=2일 경우, 마스크를 지나는 광원의 근거리 회절은 웨이퍼면상의 2배가 된다(n=3일 경우는 3배) 따라서, 웨이퍼상에 노출된 그레이팅 주기는 웨이퍼와 마스크간의 간격에 대한 함수가 된다. 그러나 동일 마스크에 대해 웨이퍼와 웨이퍼간의 상기 간격을 균일하게 제어하는 데는 문제가 있다. 예컨대 λ=0.25㎛(KrF익사이머 레이저), p=0.5㎛인 경우, S는 0.5㎛가 되어야 하는데 이러한 제어를 행하는 것은 상당히 어렵다. 몇몇 시스템에 있어서는 노출 시간이 상당히 길다(〉190시간). 장시간 노출과 관련된 자료 논문으로는 에이.엠.하워룩(A.M.Hawryluk)등이 옵틱스 레터(Optics Letters. 제7권 제9호 402내지 404페이지. 1982년 9월) 기고한 "Deep-ultraviolet spatial-period division using an excimer laser"가 있다. 상기 하워룩등의 특허에서는 익사이머 레이저 소오스를 이용함으로서 노출 시간을 한시간 이하(예. 25분)로 감축하였다. 그러나 레지저에 의존한 시스템에서는 여전히 정확한 노출을 위해 마스크 대 웨이퍼 간격제어를 행하여야 한다. 그밖의 관련 논문으로는 "옵티칼 마이크로 리소그래피 5"(Optical Microlithography V. 제663권. SPIE 6 내지 16페이지. 1986년 3월)에 브이.폴(V. Pol)등이 기고한 "Excimer laser-based lithography : a deep ultraviolet wafer stepper"가 있다. 이 논문에서는 전체 수정렌즈 및 익사이머 레이저를 사용하여, 디프 자외선 주사 시스템이 248㎚에서 작동되도록 상업적 단계 및 반복 노출 시스템을 개량하였다. 수정 렌즈는 5배 축소와 필드 규격 14.5㎚, 0.2 내지 0.38인 개구(NA)를 갖는다. 이러한 시스템은 약 ±2㎛의 촛점 심도로서, 14.5nm, 0.2 내지 0.38인 개구(NA)한 것이다. 그러나 이러한 시스템이 보여주는 콘트라스트는 너무 낮아 단주기, 예를 들면, 0.4∼0.5㎛ (0.2∼0.25㎛형태)인 그레이팅의 복제가 어렵다.
따라서, 서브-하프 해상도와 비교적 저렴하고, 제작이 용이하며, 일정한 노출의 필요성은 종래 기술에서 여전히 요구되는 것이다.
종래 기술에서의 이러한 필요성은 개량형 주사 리소그래피 노출기법, 특히 통상 리소그래픽 시스템의 해상도를 2배 정도 제공하기 위해, 마스크의 퓨리에 변환 평면에서 공간적 여파를 행하는 기법인 본 발명으로 해소된다.
본 발명의 시스템에서는 개구 필터가 시스템내의 한 지점에 위치하여, 여기서 마스크의 퓨리에 변환(Fraunhofer diffraction pattern)이 이루어진다(웨이퍼 상부에 위치한 주사 렌즈 시스템 내부). 일실시예로서, 필터는 마스크에 의해 렌즈 시스템으로 회절된 제로 차(회절 없음) 방사선을 블록화시키는 구성으로 되다. 제로 차 빔의 블록화는 웨이퍼 명상에서 계속 유지된 ±1차 회절 간섭에 의해, 마스크 그레이팅의 2중 주파수를 초래한다(상기 필터는 고차 빔 ±2차, 3차 등을 블록화하도록 구성된다). 따라서, 이러한 기술은 종래 주사 리소그래프 기술과 같이 일반 영상 기술로서 2개 빔(±1차)의 간섭을 결합시킨다. 실제로, 표준 리소그래피 시스템에 공간 필터의 삽입에는 약간의 수정만이 필요하나, 시스템에서의 해상도는 2배가 된다. 따라서, 여러 포토리소그래피 노출 시스템(예. 가우스형 반사 시스템 2중 가우스 설계형 반사 시스템)에는 이러한 공간 블록화 기법을 이용할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에서는 마스크 퓨리에 변환 평면에서의 공간적 여파를 행하는 것을 경사 조명을 하는 리소그래피 시스템에서도 이용할 수 있다(조명 소오스는 오프축이며, 공간 필터는 0차 및 1차 빔만을 간섭시킨다.). 이러한 여파 및 간섭 기법은 간섭성(특히 간섭 소오스)를 이용함으로서 그밖의 간섭 시스템의 2배 해상도(콘트라스트 근사치 100%)를 공급한다.
제로 치 빔의 블록화되는 기법의 장점으로는 다른 디프 자외선 포토리소그래픽 시스템보다 최대의 콘트라스트(
Figure kpo00001
100%), 최대 촛점 심도(±13㎛)이다(일반적으로는 콘트라스트는 50 내지 60%, 초점심도 ±1㎛이다). 상기 시스템은 소형 조명 소오스, 또는 필터에서의 작은 홀을 이용함으로서, 통상 주사 리소그래픽 시스템보다 렌즈 수차률을 작게할 수 있다.
이러한 기법의 또다른 장점은 서로다른 주기들을 갖는 그레이팅들 또는 그레이팅 자체 주기내에 치프를 갖는 그레이팅들이 웨이퍼상의 임의 지점에 단일 노출로서 형성된다는 것이다. 실제로, 이러한 시스템은 그리드, 사이클, 존 플레이트 등을 갖는 여러 구조체를 프린트용으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 공간 여파기법은 다양한 구조체의 형성용으로 폭넓게 이용된다.
또다른 장점은 공간적 여파가 파장 종속성이 없기 때문에, 어떤 형태의 조명 소오스, 예컨대 X-선, 가시선, 자외선, 니어-자외선, 디프-자외선 등의 조명 소오스와도 겸용된다.
공간적 필터 기법의 그밖의 장점은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
본 발명은 주사 리소그래피 시스템에 관한 것이다. 주사 시스템에서 마스크상의 패턴 영상은 웨이퍼상에 주사된다. 이때 영상 필드는 웨이퍼면상에 다량의 마스크 패턴이 복제되도록 웨이퍼면에 반복 주사된다. 대부분의 시스템에서 배율인수는 마스크 상의 패턴과 웨이퍼상에 복제된 패턴과의 관계이다. 즉, 25㎛규격의 마스크 패턴은 10배 축소 시스템(배율 인수는 m=0.1)이 사용될 때, 웨이퍼상에서 2.5㎛규격의 복제가 가능할 것이다.
제1도는 본 발명의 공간 여파 기법을 사용한 실시예적인 주사 시스템(10)의 광학계를 단순화한 형태도이다. 설명의 편의상, 간섭 소오스(12)를 이용하여, 일치점의 소오스에서 마스크를 조명하는 것으로 가정한다(그러나, 본 발명의 시스템은 비간섭성 소오스이거나 부분적 간섭 소오스이다). 소오스(12)의 출력광은 집광기(14)를 투과하며, 이 집광기는 입구(15)에서 소오스(12)의 영상을 형성하는 영상 시스템이다. 마스크(18)는 집광기(14)의 출구에 위치하여 집광기로부터의 집속광의 조명을 받는다.
마스크(18)는 웨이퍼면상에 설치된 여러 패턴(일련의 선 및 공간)을 포함할 수도 있다. 제2도는 이러한 실시예적인 마스크이다. 이러한 마스크는 노출된 3개의 그레이팅 패턴(A)을 포함하는데, 제1패턴(A)은 듀티 사이클 1/2(선 및 간격이 동일)을 갖는 간단한 그레이팅이다. 위상 이동 패턴(B)(설계치 위상 이동을 행하도록 인접 선로들 사이에 확장 간격을 갖는 그레이팅)과 패턴(C)(단일 그레이팅 구조체를 형성하도록 별렬로 놓인 서로다른 주기를 갖는 다수개의 그레이팅)이 마스크(18)내에 또한 포함된다. 앞서 안급한 바와 같이 본 발명의 공간 여파 주사 시스템의 장점은, 여러 형태의 그레이팅이 한번의 노출로서 형성된다는 것이다.
실제상으로 본 발명의 공간 여파 기법은 그레이팅이 아닌 구조체, 특히 2차원 구조체의 2배 해상도를 구하는데 사용할 수 있다. 예컨대, 그리드(2개의 절단 그레이팅으로서 생각할 수 있는)가 또한 복제될 수 있다. 제2도는 이러한 그리드에 대한 두개의 실시예가 도시되었다(제1패턴(D)은 4각형 그리드, 제2패턴(E)은 경사 그리드이다). 공간 필터는 2차원 마스크를 사용할 때 각 차원과 관련된 1차 빔이 투과되도록 구성되어야 한다. 광은 상기 그리드에서 회절되어, 웨이퍼면에 여러점으로된 2차원 세트를 형성한다. 만일 다른 세트에 대해 1차빔의 1세트를 제거한 경우, 한쌍의 1/2파 플레이트가 마스크에 추가했을 때, 콘트라스트가 감소한 상태로 해상도는 증대한다.
부가적으로, 패턴(F)로서 도시한 마스크상에서 1세트의 균일 간격 원주는 웨이퍼상에서 1세트 2N균일 간격 원주(인수 2는 공간 필터의 이중 주파수에 기여함)로서 복제된다. 제2도의 패턴(G)로서 표시한 프레즈넬 존 플레이트는 상기 설명한 원형 패턴과 유사하나, 인접원들과의 간격은 가변적이다. 즉 존 플레이트는 최외각 원주보다 작게 광을 1점으로 촛점을 만들지 못한다. 결과적으로, 종래의 리소그래픽 방법으로 형성한 존 플레이트는 리소그래픽 방법 자체보다 나은 해상도가 나타나지 않는다. 그러나, 본 발명의 공간 여파 기술(즉, ±1차 빔만을 필터에 투과시켜 웨이퍼면에서 간섭시키는 것)을 이용하여 존 플레이트를 복제할 때, 선 주파수는 2배가 되며 영상은 일반 영상 존 플레이트의 절반 촛점길이인 존 플레이트가 된다. 존 플레이트가 소형 패턴용 또는 광을 1점에 촛점화하는 렌즈를 사용하는 방법으로 존 플레이트가 복제할때, 그것의 해상도는 2배가 된다. 결과적으로 공간 필터를 갖는 렌즈가 일반형태로 사용될 때와 같이 광을 이중으로 촛점화하지 못하더라도, 상기와 같은 존 플레이트를 만들 수 있다. 중앙 존 및 1차적인 약간의 존은, 광원 및 중심 불투명도의 크기에서의 간섭 정도에 따라 일정하게 복제되지는 않는다. 그러나 이것은 렌즈로서 작용시킬 때 존 플레이트의 해상도에는 하등 영향이 없다.
제1도를 다시 살펴보면, 광 리소그래픽 시스템(10)은, 상기 서술과 같이 마스크 패턴을 웨이퍼(20)의 표면상에 영상화하도록 여러 주사렌즈(16)를 배열하였다. 복수개의 주사렌즈(16)는 마스크(18)와 웨이퍼(20)사이에 있는 설계치 배율 인수 m에 있다. 일반 주사 시스템 5배 또는 10배의 축소율이 있다. 설명의 편의상, 5배의 시스템(배율 인수 m=0.2)으로 가정한다. 본 발명에 있어 가장 중요한 사항은 주사 시스템(10)이, 마스크(18)의 프라운호퍼 회절형(Fraunhofer diffaction pattern, 퓨리에 변환)이 나타나는 지점에서, 여러 주사렌즈(16)내에 위치한 공간 필터를 포함하고 있다는 것이다. 이하에서 상세히 설명하겠지만, 공간 필터(22)는 고차(2차, 3차 등) 빔등에서와 같이, 웨이퍼(20)의 표면과 작용하는 프라운호퍼 회절 형태의 제로차 빔을 블록화하는 중앙 불투명도를 갖도록 설계되었다(고차 빔은 작은 주기의 그레이팅이 복제될 때, 일반주사 리소그래피 시스템에서와 같이 블록화된다.)
제3도는 도면에 도시된 바와 같이, 고정된 한쌍의 구멍(24), (26)을 갖는 공간 필터(22)의 한 실시예를 도시하고 있다. 웨이퍼면(20)과 작용하는 광조명은 필터(22)가 제로 차빔의 블록화를 함으로서 마스크 그레이팅의 영상이 존재하지 않게하지만, 실제상으로는 필터(22)의 구멍(24) (26)을 투과하는 간섭 1차 빔에 의해 생성된 코싸인형 간섭이 있다. 이러한 간섭은 여파된 조명의 주기가, 일반 조명 시스템을 투과한 영상에 대한 경우에 그레이팅 주기와 같이 작은 2배가 될것이다. 본 발명 주사 시스템의 해상도는 웨이퍼면으로부터의 제로 차 빔을 블록화함으로서 통상 시스템과 비교했을 때 2배가 된다.
제4도는 제로 차빔을 블록화하는 수직선(30)이 있는 또다른 블록킹 필터(28)를 도시하고 있다. 제5도는 고차빔의 투과를 허용하도록 설계된 필터를 도시하고 있다. 도시한 바와 같이 제5도의 필터는 제로 차 빔만을 블록화하도록 설계된 중앙 불투명부(34)를 포함하고 있다. 상기 필터는 마스크의 임의의 방향(45˚,수직, 수평등)에서 발생한 대물 그레이팅에서 회절한 2개의 1차 빔을 투과하게 한다. 제4도, 제5도의 필터는 제3도의 필터보다도 시스템의 정밀도가 높은데, 그것은 회절 형태가 수평 또는 수직 방향에 있어 마스크로부터 현저하게 오프세트하여, 제1차 빔을 투과시켜 웨이퍼 면에서 간섭시키기 때문이다. 콘트라스트면에 대해 살펴보면 필터(22)에 있어서 약간의 부정합(제3도의 가상선)은 블록화된 최소 1개의 1차 빔 부분을 초래한다. 그러나, 제3도의 필터는 웨이퍼상에 도달한 스트레이 광의 전체량을 감소시켜, 제4도 및 제5도의 필터와 비교할 때 최고 콘트라스트 영상을 제공하는 장점이 있다. 이와 더불어, 필터는 스크래치, 분말 입자등과 같은 많은 마스크 불량성을 배제한다.
다음은 제2도의 실시예로서의 그레이팅 구조체(A)의 노출에 대한 상세한 분석에 설명한다. 상기 특정 그레이팅 구조체는 다음 수식을 간단화함으로서 결정된다. 제로차 블록킹 기술은 임의의 그레이팅 패턴을 실제로 노출시키는데 이용된다.
일반적인 그레이팅 형태는 다음 관계식으로 표시할 수 있다.
Figure kpo00002
단, P는 그레이팅 주기, a, b는 x, y방향인 그레이팅 차원(p 및 a, b는 제2도에 도시되어 있음),
Figure kpo00003
는 폭p/2에 대한 제로-1함수,
Figure kpo00004
δ(x)는 Diracδ함수이고, 기호 *는 변화자를 표시한다. 제6도는 상기 특정함수를 도시하고 있다. 조명체에 대한 프라운호퍼 회절 형태(스펙트럼)는 그것 자체의 퓨리에 변환이다. 본 발명에 따르면, 공간적 여파는 렌즈 시스템의 개구면은 물체에 대한 주파수 평면에 고정된 것으로서, 즉 물제의 프라운호퍼 회절형태가 교체된 평면이다)에서 행해진다. 그레이팅 형태(A)에 대한 퓨리에 변환은 다음 식과 같다.
Figure kpo00005
단, ξ, η은 x방향, y방향에서의 그레이팅에 대한 공간 주파수이며,
Figure kpo00006
이다. 기호 **는 2차원 변환 함수이다.
본 발명의 주사 시스템(16)은 전술한 바와 같이 인수 m만큼의 확대 영상을 생성한다. 이러한 국부 영상의 스펙트럼은 다음과 같다.
Figure kpo00007
제7도에 도시된 국부적 영상의 스펙트럼은 매우 소폭의 싸인 함수 형태(주요 돌출부 폭은 ξ 및 η 각각에 있어 2/ma 및 2/mb)로서, 주파수 공간에서는 1/2mp간격만큼 떨어져 있고
Figure kpo00008
의 6road 싸인 함수만큼 고려된다. ξ=0에서의 싸인 함수는 제로차(회절 없음)광에 해당한다.
Figure kpo00009
에서의 싸인 함수는 ±1차 광에 해당한다. 이와 같은 상태에 따라, 상기 특정 그레이팅 형태는 듀티 사이클 1/2(선 및 공간이 동일)이 된다. 따라서,
Figure kpo00010
에서 싸인 함수값은 2/π이며, 영이 아닌 짝수 회절 차수는 누락된다. 듀티 사이클이 1/2이 아닌 그밖의 다른 그레이팅 형태는 소폭의 차인 함수에 있어서 상기와 유사한 국부적 스펙트럼을 초래한다. 그러나 싸인 함수는 특정 듀티 사이클에 대해 변한다.
다시 제1도를 살펴보면, 주사 렌즈(16)의 입구를 투과하는 광 신호는 공간 필터(22)와 연속적으로 충돌한다. 제3도에 도시한 실시예적으로 제로차 공간 필터(22)는 주파수 영역이 다음식과 같다.
Figure kpo00011
상기 식은 ξ0가 중심인 Δξ폭의 공간 주파수 영역만을 전송시키고, 그밖의 모든 스팩트럼 주파수는 볼록화된다. 상기 식(4)에서 cy1함수는 Δξ직경의 제로-1함수이다. 상기 함수는
Figure kpo00012
에 대해 제7도에 도시되었다. 여기서 주목할 것은, Δξ는 싸인 함수의 주요 돌출부 및 약간의 측면 돌출부를 투과시킨 만큼 충분히 커야한다. 다시 제3도를 살펴보면, 공간 주파수 및 개구 크기에 대한 다음 관계식이 개구(24), (26)에 대한 실제적 크기를 정하는데 사용된다.
Figure kpo00013
단 mp는 주사렌즈(16)의 출구확대 인수(출구 직경대 개구 직경의 비)이며, z는 출구와 웨이퍼간의 거리이다. 따라서 실시예의 공간 필터(22)는 경사진 상태일 수 있으며, 필터 중심에서
Figure kpo00014
지점에 위치한 직경
Figure kpo00015
인 개구(24) (26)를 갖는다.
필터를 투과한 회절 영상의 스펙트럼은 식(3)과 식(4)를 곱함으로서 구하여진다.
Figure kpo00016
식(5)에서
Figure kpo00017
가 이용되었다. 영상에 대한 복합크기는 식(5)를 역 퓨리에 변환을 하여 구한다.
즉, 식(6)이 구하여진다.
Figure kpo00018
(6)
상기 식은 스팩트럼에 대한 싸인 함수의 성분이 필터의 대역폭 H(ξ, η)과 비교해 소폭이며, 상기 싸인 함수 성분이 통과하거나 완제 배제된 것으로 가정한 것이다. 영상 크기는 제로 차 항(고차항인 2차, 3차 등과같이)은 필터(22)가 블록화했기 때문에, 시스템의 확대 인수 m이 곱해진 그레이팅 주기 p와 동일한 주기 p'를 갖는 코싸인 함수에 따라 변한다.
최종적인 영상 평면에서의 방사선은 다음식과 같다.
Figure kpo00019
(7)
단, A는 조명파의 크기 및 광학 시스템의 손실에 따른 계수이다. 제9도는 영상 방사선이다. 상기 방사선은 진폭의 제곱 함수이기 때문에 진폭 분산도의 1/2주기인 코싸인 함수이다. 즉, 영상에서의 설계치 그레이팅 주기가 p'이기 때문에, 마스크 그레이팅에서의 주기는 p=2p'/m이다. 따라서 5배의 시스템(m=0.2)에서 0.50㎛ 주기 그레이팅 구조체를 만들려면, 마스크에서의 주기는 p=2(0.50㎛)/0.2=5.0㎛이다. 마스크 주기 p, 배율 인수 m인 일반 주사 시스템은 다음식으로 표시된 방사선을 갖는다.
Figure kpo00020
(8)
따라서, 주기 pm=1.0㎛인 그레이팅의 복제가 가능하다.
웨이퍼면에 도달한 신호의 전체 방사선은, 회절 영상의 제로 차 부분이 제거되기 때문에 여파되지 않은 일반 주사 시스템에 비해 감소한다. 실제로, 여파 영상 방사선은 8/(π2＋8)=0.45, 즉 비여파된 영상의 45%에 해당한다. 이러한 파워 수준은 위상 그레이팅을 사용함으로서 증가한다(그레이팅의 패턴은 진폭 전송 변화대신, 송신 광의 위상 변화로서 형성된다). 즉, 마스크상에서의 선 및 공간은 모두 투과하나 송신광에서의 서로 다른 위상 이동이 일어난다.
소구경의 개구 조명빔과 마스크의 선과 공간을 투과하는 광의 위상 지연이 조명 파장의 절반인 것으로 가정하면, 제로차광은 거의 존재하지 않는다. 정상 주파수의 2배의 그레이팅은 본래의 크기 전송 마스크 보다도 높은 파워 수준에서 형성된다. 베로 차 빔은 완전히 소거되지 않기 때문에, 시스템에서 제로차 블록킹 공간 필터를 이용하는 것이 바람직하다.
고주파 그레이팅은 제10도에서와 같이 경사 조명을 행함으로서 영상화된다. 상기 조명 시스템에서 유입 조명빔은 광축에 대해 θ각도를 이루고, 제로차는 퓨리에 변환 평면에서 블록화되지 않는다. 그러나 두개의 제1차 광중의 하나는 주사 렌즈의 개구 모서리에서 블록화한다. 만일, 간섭 입력빔이 X방향에 대해 θ각 만큼 경사질 경우, 국부 영상 스펙트럼은 제11도의 국부 영상의 스펙트럼이 보여주는 바와 같이 싸인 함수에서는 ξ0=1/mp만큼 이동하는 것을 제외하면, on-axis조명인 경우 동일하게 유지된다. 만일 그레이팅 주파수가 ξ0－ξ0보다 클 경우(ξcc는 시스템의 차단 주파수), 하나의 1차 빔은 렌즈 구경에 의해 차단, 즉 주파수(ξg＋ξ0)에 해당하는 각도 있는 빔이 너무커서 렌즈를 투과하지 못하는 것이다.
제10도를 살펴보면, 주사 시스템(30)은 시스템의 광축(33)에 대해 θ각도로 위치한 1점 소오스(32)를 사용한다. 주사시스템은(30)은, 제1도와 유사한, 집광렌즈(14), 주사 렌즈(16) 및 실시예 마스크(18)를 이용하여, 이것들은 마스크상의 형태가 웨이퍼에 전달되도록 설계되었다. 일반 주사 렌즈 개구(28)는 시스템에 의해 제로차 및 1차 빔을 투과시키는데 사용된다. 영상 평면에서 동일주기 p'인 형태를 구하기 위해서는, 마스크 주기가 p/2이어야 하기 때문에, 주파수 영역에서 두개의 간섭 차수(제로차, 제1차)는 상기 ＋, － 제1차 빔의 온축 조명인 경우의 값과 동일하게(2/mp) 유지된다. 이때 두 간섭 차수들 간의 거리는 웨이퍼면(20)에서 2개의 간섭 빔들간의 임의의 각도에 대응되며 식으로 표현하면 다음가 같다.
Figure kpo00021
단, NA'=sinθ'이며, θ'는 제10도에 도시한 바와 같이 웨이퍼면에서 간섭 빔들간의 1/2각이다.
경사 조명인 경우, 주목할 것은 그레이팅 주파수의 경사 조명이 2배가 되지는 않는다는 것이다. 즉, 마스크 주파수는 정확히 재생된다. 영상 방사선은 ξcc보다 작은 그레이팅 주파수에 대해, 일반 간섭 영상값의 78%(즉, (π2+4)/(π2+8)=0.78)이다. 이러한 파워 수준은 상기 서술한 온축 2중 주파수에 대해 45%이상으로 상당히 증가한 값이다. 그러나, 경사 조명에 대한 콘트라스트는 온축 2중 주파수인 경우 91%로서, 온 축 2중 주파수 경우의 100% 콘트라스트에 못미친다. 고주파 그레이팅을 형성하기 위해 경사 조명법을 이용하는 중요 장점은, 제로 주파수 형태를 포함한 대형 크기(예, 몇 마이크로 단위)가 영상이 어느정도 왜곡되더라도 복제 가능하다는 것이다. 그러나 단점으로는 경사 조명의 방향에서 고주파 그레이팅만이 복제되며, 일반 카메라 시스템에서는 이러한 경사 조명을 행하는 것이 곤란하다는 것이다.
요약하면, 온-축 2중 주파수 공간 여파 기술은 몇개의 방향이 있는 그레이팅, 또는 그레이팅 구조체만을 포함하는 마스크 등에서 이용된다. 경사 조명은 그레이팅이 대체적으로 동일 방향인 한에 있어서 복잡한 형태를 복제할 때 양호하다.
만일 마스크가 동일 주기이지만, 듀티 사이클이 1/2이 아닌 경우(즉, 선 및 공간의 규격이 같지 않음), 영상은 같은 선 및 공간의 그레이팅 영상과 정확히 일치한다. 듀티 사이클의 차는 영상 스펙트럼에서의 차인 함수의 폭에만 영향을 주기 때문에 2개의 1차 빔에서 회절 광의 백분율 변동을 초래한다.
인화 및 에칭 과정후 그레이팅의 회절 선로 폭을 결정하는 레지스트 필름을 과도 노출 또는 과소 노출을 함으로서, 듀티 사이클이 1/2이 아닌 그레이팅을 제작하는 것이 가능하다.
[실시예]
주기 1/2인 그레이팅은 본 발명의 이중 공간 주파수 시스템을 이용하여 제작된다. 상기 시스템을 조명원으로서 248.4㎚에서 작동되는 KrF익사이머 레이저를 사용한다. 주사 시스템으로는 직경 0.38, 14.5㎚의 5배 축소(확대 인수 0.2)인 실리카 렌즈로 한다. 마스크는 마스크 전체에 균일하게 분산된 주기 5㎛인 2.5㎜×1.25㎜ 그레이팅을 포함한다. 공간적 여파는 두개의 개구(6.2㎜×3.1㎜, 간격 30.1㎜)를 갖는 필터를 주사 렌즈에 고정함으로서 행해진다.
노출 웨이퍼는 두께 10㎛ 산화물 표면층을 가지며, 표면층에는 일반 디프 자외선 3레벨 포토레지스트가 부착된다. 제12도는 포토레지스트에 전사된 형태인 SEM 사진이다. 주기 0.5㎛는 확대 인수와 곱해진 최종 마스크 주기이며, 상기 주기는 본 발명의 이동 주파수의 결과인 인수 2로 나누어진다.
본 발명이 교시하는 바에 따르면, 표준 주사 시스템의 해상도를 2배 배가시키는 것은 일정 위치의 제로차 블록킹 필터를 마스크의 프라운호퍼 회절 형태가 있는 주사 시스템에 삽입시킴으로서 가능하다.

Claims (21)

  1. 웨이퍼면에 규칙적인 선과 간격으로 구성된 패턴을 노출시키기 위해 조명 소오스(12)와 : 상기 조명 소오스에서 조명되는 소정치 주기 p인 최소 1개의 패턴과, 제로차, ±1차 및 다수개의 고차 빔을 포함하고 상기 최소 1개의 패턴을 투과하는 조명에 의해 생성된 프라운호퍼 회절 패턴을 갖는 마스크(18)와 : 웨이퍼면으로 항하는 조명을 제어하기 위해 마스크 및 웨이퍼 사이에 소정치 배율인수 m인 영상 시스템(14, 15, 16)을 구비한 리소그래피 시스템(10)에 있어서, 상기 영상 시스템에는 프라운호퍼 패턴을 차단하면서 위치하고, 중심부가 불투명한 공간 필터(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조명 소오스는 간섭 조명 및 부분적 간섭 조명으로 구성된 단체에서 선정되어, 공간 필터의 중심 불투명부가 프라운호퍼 회절패턴의 제로차 빔을 완전 차단하며, 웨이퍼의 노출된 최소 1개의 패턴의 주기는 p'=pm/2인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조명 소오스는 간섭성인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조명 소오스는 익사이머 레이저 소오스, X선 소오스, 가시선 소오스, 자외선 소오스, 근사 자외선 소오스 및 완전 자외선 소오스인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 조명 소오스는 부분적 간섭성인 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 마스크내의 최소 1개의 패턴은 그레이팅 패턴, 그리드 패턴, 프레즈넬 존 플레이트 및 동심원 패턴 단체에서 선정된 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 그레이팅 패턴은 복수개의 서로 상이한 주기를 갖는 그레이팅 위상이동형 그레이팅 및 치프형 그레이팅을 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 마스크는 투명체이고, 마스크상의 패턴은 영역 투과광에서 상이한 위상 지연을 발생하는 영역으로 구성된 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 공간 필터는 경사진 형태이며, 프라운호퍼 회절 패턴의 ±1차 빔만을 투과시키는 한쌍의 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  10. 제2항에 있어서, 상기 공간 필터는 투명체이고, 프라운호퍼 회절 패턴의 제로차 빔을 차단하는데 충분한 조정폭의 경사각이 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 조명 소오스는 간섭 조명 및 부분적 간섭 조명으로 구성된 단체에서 선정되고, 리소그래피 시스템의 광축에 대해 경사각으로 위치되며, 마스크는 경사 조명 소오스 방향의 그레이팅을 가지며, 패턴은 리소그래피 시스템의 차단 주파수(ξcc)보다 큰 공간 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 마스크는 비교적 큰 형체(수마이크론 단위)와 그레이팅 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템.
  13. 주사 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법으로 가) 패턴의 결정에 따라, 웨이퍼면상에서 형성된 일련의 선 및 간격이 있는 미스크의 제작 단계와, 나) 단계 가)에 제작된 마스크를 조명하여, 상기 마스크의 퓨리에 변환 평면에서, 제로 차, ±1차 및 복수개의 고차 빔으로 구성된 프라운호퍼 회절 패턴을 형성하는 단계를 구비한 주사 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법에 있어서, 다) 상기 프라운호퍼 패턴이 웨이퍼 도달하기 전, 프라운호퍼의 중심부를 제거하도록 퓨리에 변환 평면상에서 프라운호퍼 회절 패턴의 여파 단계를 추가시킨 것을 특징으로 하는 주사 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 나)단계에서는 프라운호퍼 회절 패턴의 제로차 빔을 제거시키는 여파를 행하는 것을 특징으로 하는 주사 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 단계 b)에서 제로 차 및 프라운호퍼 회절 패턴의 복수구개의 고차 빔을 제거하여 여파를 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 단계 가)에서는, 마스크가 그레이팅 구조체, 그리드 구조체, 동심원 구조체 및 프레즈넬 존 플레이트 구조체로 구성된 단체에서 선정된 복수개의 상이한 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 그레이팅 구조체로된 단체는 서로 상이한 주기, 위상 이동형 그레이팅 및 치퍼 그레이팅으로 구성된 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 단계 나)에서, 조명은 간섭 조명 및 부분적 간섭 조명으로 구성된 단체에서 선정된 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 간섭 조명은 X-선, 가시선, 자외선, 근사 자외선 및 완전 자외선으로 구성된 단체에서 선정된 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 단계 나)에서 조명 소오스는 리소그래피 시스템의 광축을 따라 위치하고, 단계 다)에서는 프라운 회절 패턴의 제로 차 빔을 제거시키는 여파를 행하여, 제로 차 빔의 제거는 리소그래피의 해상도를 배가시키는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
  21. 제18항에 있어서, 상기 단계 나)에서는, 조명 소오스가 리소그래피 시스템의 광축에 대해 경사각으로 위치하며, 단계 가)에서는 마스크가 리소그래피 시스템의 간섭 차폐 주파수보다 큰 공간 주파수를 갖고, 조명 소오스와 경사 방향으로 배치된 패턴을 구비하며, 단계 다)에서는 제로 차 및 1차 빔을 웨이퍼면으로 통과시켜서 간섭시키도록 여파하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 시스템의 해상도 증진 방법.
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