KR970004421B1 - 반도체 노광장치 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

반도체 노광장치
제1도는 종래 반도체 노광장치를 설명하기 위한 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 반사형 회절마스크를 설명하기 위한 개략도.
제3도는 제2도의 반사형 회절마스크를 통과한 빛의 위치에 따른 세기를 도시한 그래프.
제4도는 (A)~(C)는 제2도의 반사형 회절마스크의 제조공정도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11,21,23 : 반사경12,22 : 광원
13 : 플라이 아이랜즈14 : 어퍼쳐
15 : 노광마스크16 : 프로잭션 랜즈
17 : 웨이퍼30 : 반사형 회절마스크
31 : 석영기판32 : 감광막패턴
33 : 홈34 : 반사막
본 발명은 반도체 노광장치에 관한 것으로서, 특히 광원과 노광마스크의 사이에 입사된 광의 위상을 패턴에 의해 반전시켜 광의 세기차를 증가시키는 반사형 회절마스크를 설치하여 광분해능과 촛점 심도(depth of focus)를 증가시킬 수 있는 반도체 노광장치에 관한 것이다.
최근 반도체 장치의 고집적화 추세는 미세패턴 형성기술의 발전에 큰 영향을 받고 있으며, 특히 감광막패턴은 반도체 장치의 제조공정중에서 식각 또는 이온주입 공정 등의 마스크로 매우 폭 넓게 사용되고 있다. 따라서 감광막패턴의 미세화, 공정 진행의 안정성, 공정 완료 후의 깨끗한 제거 그리고 잘못 형성된 감광막 패턴을 제거하고 다시 형성하는 재작업의 용이성 등이 필요하게 되어 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적인 감광막패턴 형성공정은 사진 및 현상공정으로 구성되며, 사진(photo)공정은 감광제 및 수지(resin)등이 용제인 솔밴트에 일정비율로 용해되어 있는 감광액을 스핀도포 또는 스프레이 방법으로 반도체 기판상에 균일하게 도포한 후, 노광을 반복 수행하는 축소 노광장치(step and repeat)를 사용하여 크롬층으로 된 광차단막 패턴들이 형성되어 있는 노광마스크를 통하여 빛을 선택적으로 조사한다. 이때 상기 광차단막 패턴들은 상기 노광장치의 광분해능 이상의 크기를 갖는다.
그 다음 티.엠.에이.에이치(tetra methyiammonium hydroxide)를 주원료로 하는 약알카리 현상액을 사용하여 상기 감광액의 중합이 일어나지 않은 부분들을 제거하여 감광막패턴을 형성한다.
일반적인 노광장치의 작동원리에 관하여 제1도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 반사경(11)으로 둘러싸인 광원(12)에서 방사된 소정파장의 광은 플라이 아이랜즈(13)에서 집광되어, 피어싱홀이 형성되어 있는 판으로된 어퍼쳐(14)를 통과할 때 집광도나 간섭성등과 같은 빛의 성질이 결정되어 진다. 그 다음 상기 어퍼쳐(14)를 통과한 광은 투명기판에 광차단막 패턴이 형성되어 있는 노광마스크(15)를 통과하여 이메지를 띄게되며, 이메지를 띈 광은 프로잭션 랜즈(16)에서 통상 1/5 크기로 축소되어 웨이퍼(17)에 전사된다.
이때, 상기 노광장치의 분해능은 R=r×λ/NA로 표시되며, 여기서 k는 공정상수, λ는 광원의 광파장 그리고 NA는 노광장치의 랜즈구경에 관계되는 상수이다.
고집적화를 위하여 상기 요소들 즉, 광파장이나 랜즈 상수 및 공정상수들을 조정하는 데에는 한계가 있으므로 노광장치의 광분해능 증가에도 한계가 있다.
예를들어 살펴보면, 파장이 각각 436, 365 및 248㎚인 G-라인, i-라인 및 엑시머 레이저를 광원으로 하는 노광장치의 공정 분해능으로 각각 약 0.7, 0.5 또는 0.3㎛ 정도 크기의 패턴이 한계이다.
따라서, 노광장치의 광분해능 이하의 미세패턴을 형성하기 위하여 분해능 이하의 광차단막 패턴이 형성되어 있는 노광마스크를 사용하면, 광의 회절에 의해 넓은 면적에 약한 에너지로 노광되기 때문에 감광막의 패턴으로 예정되지 않은 부분도 노광되어 정확한 패턴이 형성되지 않는다. 이러한 분해능 한계치 이하의 미세패턴을 형성하기 위하여 광파장을 짧게 하거나, 랜즈상수를 증가시키며, 장비의 정밀도를 증가시키고 있으나, 이러한 노력에도 한계가 있다.
따라서, 수차례의 노광 및 현상 공정을 반복 진행하는 다층 감광막 방법이나, 광의 위상을 반전시켜 인접 패턴을 통과한 광과의 간섭에 의한 노광효과를 감소시키는 위상반전 마스크를 사용하는 방법등이 사용되고 있다.
그러나 상기의 방법들은 패턴 형성이나 노광마스크의 형성공정이 복잡하고, 별도의 장비들을 사용하여야 하는 등의 문제점이 있다. 또한 고해상도의 장비들은 개발에 많은 노력이 필요하며, 반도체 장치의 제조단가를 상승시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 노광장비의 광원과 노광마스크의 사이에 반사광의 위상을 반전시켜 패턴과 비패턴 사이의 광세기차를 증가시키는 반사형 회절 마스크를 설치하여 간단하게 광분해능 및 촛점심도를 증가시켜 미세패턴을 형성할 수 있는 반도체 노광장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 노광장치의 특징은, 광원에서 방사되는 빛을 집광하는 플라이 아이랜즈와, 상기 플라이 아이랜즈를 통과한 빛을 소정영역에서만 통과시켜 노광마스크에 입사되도록 하는 어퍼쳐와, 상기 어퍼쳐를 통과한 빛이 상을 갖도록 소정의 광차단막 패턴이 형성되어 있는 노광마스크와, 상기 노광마스크를 통과한 빛의 상을 소정비율로 축소시켜 웨이퍼에 전사시키는 프로잭션 랜즈를 구비하는 반도체 노광장치에 있어서, 상기 광원과 노광마스크의 사이에 설치되며, 투명기판 상부에 반사광의 위상이 0차와 1차가 되도록 소정형상의 홈들이 패턴으로 예정된 부분에 형성되어 있고, 투명기판의 하부에 반사막이 형성되어 있는 반사형 회절마스크를 구비함에 있다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 노광장치에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 반사형 회절마스크를 설명하기 위한 개략도로서, 단지 광원(22)에서 방사되는 광이 반사형 회절마스크(30)를 통하여 반사경(23)에서 반사되어 노광마스크(도시되지 않음)에 입사되는 과정을 도시한 것이다.
상기 반사형 회절마스크(30)는 석영기판(31)상에 입사광의 위상을 반전시키는 정도의 두께가 제거된 홈(33) 패턴이 형성되어 있으며, 뒷면에 반사막(34)이 형성되어 있다.
따라서 상기 반사형 회절마스크(30)를 통과한 빛은 위상반전과 가간섭으로 인하여, 제3도에 도시된 바와 같이 0차와 1차광이 되므로 빛이 노광마스크에 투사될때 사입사되는 효과가 있다. 일반적으로 수직으로 입사되는 수직광보다 각도를 갖고 사선으로 입사되는 사입사 광이 간섭이 적은 양질의 광이다.
상기 반사형 회절마스크(30)의 제조방법을 제4도(A)~(C)를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 석영기판(31)상에 이온빔용 감광막패턴(32)을 형성한다. 이때 상기 감광막패턴(32)의 배치는 노광마스크(도시되지 않음)의 광차단막 패턴 형상의 반전된 상이다(제4도(A) 참조).
그 다음 상기 감광막패턴(32)에 의해 노출되어 있는 석영기판(31)을 소정두께 제거하여 홈(33) 패턴을 형성한 후, 상기 감광막패턴(32)을 제거한다. 이때 상기 홈(33)의 두께는 입사광의 위상을 반전시키는 정도의 두께로서, 입사광의 파장에 따라 조절하며, 상기 홈(33) 패턴은 노광마스크의 광차단막 패턴과 대응되는 위치에 형성되고, 전체적으로 홈(33) 패턴과 광차단막 패턴의 크기는 서로 달라도 광학적으로 조절할 수 있다. 이론적으로 상기 홈(33) 패턴의 크기가 광차단막 패턴에 대하여 2배의 크기일때 가장 양질의 이메지를 얻을 수 있다(제4도(B)참조).
그후, 상기 석영기판(31)의 배면에 Au, Ag, Al등으로 된 99% 이상의 광반사율을 갖는 반사막(34)을 형성한다(제4도(C)참조).
상기와 같이 형성된 반사형 회절마스크(30)는 입사광의 각도를 조정하면 반사광이 제3도와 같이 간섭성이 없는 양질의 광을 얻을 수 있다.
상기 반사광은 반사형 회절마스크(30)의 홈(33) 패턴 위치에서 세기(I)가 0이 된다.
상기 반사형 회절마스크는 광원과 노광마스크 사이의 어느곳에나 설치할 수 있으며, 특히 어퍼쳐와 노광마스크의 사이에 설치하는 것이 광학적으로 가장 좋은 효과를 얻을 수 있다. 또한 광원의 위치를 변경시켜 입사각을 조절하면 빛 간섭성이 적은 양질의 빛을 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 노광장치는 광원과 노광마스크의 사이에 반사광을 0차 및 1차로 분리하는 반사형 회절마스크를 설치하며, 상기 반사형 회절마스크는 석영기판 상에 노광마스크의 광차단막 패턴과 대응되는 홈 패턴이 입사광의 위상을 반전시키는 깊이로 형성되어 있고, 석영기판의 뒷면에 반사막이 형성되어 있다. 상기의 반사형 회절마스크는 입사광의 각도를 조절하면 위상반전과 가간섭에 의해 반사광이 0차와 1차광으로 이루어져 사입사광의 효과를 얻을 수 있으므로, 광분해능 및 촛점심도가 증가되어 미세패턴 형성이 용이한 이점이 있다.

Claims (1)

  1. 광원에서 방사되는 빛을 집광하는 플라이 아이랜즈와, 상기 플라이 아이랜즈를 통과한 빛을 소정영역에서만 통과시켜 노광마스크에 입사되도록 하는 어퍼쳐와, 상기 어퍼쳐를 통과한 빛이 상을 갖도록 소정의 광차단막 패턴이 형성되어 있는 노광마스크와, 상기 노광마스크를 통과한 빛의 상을 소정비율로 축소시켜 웨이퍼에 전사시키는 프로잭션 랜즈를 구비하는 반도체 노광장치에 있어서, 상기 광원과 노광마스크의 사이에 설치되며, 투명기판 상부에 반사광의 위상이 0차와 1차가 되도록 소정형상의 홈들이 패턴으로 예정된 부분에 형성되어 있고, 투명기판의 하부에 반사막이 형성되어 있는 반사형 회절마스크를 구비하는 반도체 노광장치.
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