KR0144940B1 - 투영 노광 방법 및 이에 사용되는 마스크 - Google Patents

Abstract

마스크의 차광 패턴층사이에서 발생하는 회절광의 회절각도를 줄여서 해상도를 높이는 투영 노광 방법, 이에 사용되는 마스크를 개시한다. 본 발명은 마스크를 이용한 노광 대상물의 투영 노광 방법에 있어서, 상기 마스크의 차광 패턴층 사이의 기판 내부에 굴절율 조절렌즈를 형성하여 광원으로부터 조사되고 상기 마스크를 통과한 회절광의 회절각돌르 줄이는 단계; 및 상기 회절광을 이용하여 상기 노광 대상물을 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법을 제공한다. 따라서 본 발명은 투영 광학계로 입사하는 회절광의 회절각도를 줄여 웨이퍼에 이미지를 형성하는 광의 정보량을 크게 하기 때문에 해상도를 향상시킬수 있다.

Description

투영 노광 방법 및 이에 사용되는 마스크

제1도는 종래의 투영 노광 방법의 노장 방법을 설명하기 위한 도면이다.

제2도 본 발명에 의한 해상도 개선 마스크의 일례를 사용한 투영 노광 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

제3도는 본 발명에 의하여 굴절율 조절렌즈를 포함하는 해상도 개선 마스크의 회절광의 회절 각도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

제4a도 내지 제4d도는 본 발명의 제1 실시예에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명은 리소그래피(Lithography)기술에 관한 것으로, 특히 마스크의 차광 패턴층 사이에서 발생하는 회절광의 회절각도를 줄여서 해상도를 높이는 투영 노광 방법 및 이에 사용되는 마스크에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치의 각종 패턴은 포토 리소그래피 기술에 의하여 형성된다는 것은 널리 알려져 있다. 상기 포토 리소그래피 기술에 의하면, 반도체 웨이퍼상의 절연막이나 도전막등, 패턴을 형성하여야 할 막위에 X선이나 자외선등과 같은 광선의 조사에 의해 용해도가 변화하는 감광막을 형성하고, 이 감광막의 소정 부위를 노광시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거하여 감광막 패턴을 형성하고, 상기 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 적극등 각종 패턴을 형성한다.

그리고 상술한 노광에 사용되는 노장 장치는 상기 패턴형성에 중요한 장치로서, 노광 방식에 따라 밀착(Contact) 노광 방식, 근사(Proximity) 노광 방식, 반사식 투영 노광 방식, 축소 투영 노광 방식등이 있다. 상기 노광 장치 가운데 축소 투영 노광 방식은 미국의 GCA사, 일본의 NIKON사 및 일본의 CANNON사로부터 발매되고 있는 스테퍼(Stepper)가 주종을 이루고 있으며, 최근에 가장 높은 해상도의 패턴 형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

한편 반도체 집적회로의 고집적화가 거듭됨에 따라 요구되는 최소 가공 크기는 미세화되고 있으며, 이의 실현을 위하여 노장장비의 광원은 i라인 파장(0.365㎛)에서 Deep UV(0.248㎛)으로 단파장화 되고 있다. 일례로 256Mega DRAM의 경우 요구되는 최소 가공크기는 약 0.25㎛정도이며, 이는 KrF 엑시머 레이저를 광원으로 사용하는 스테퍼 장비의 노광 파장과 거의 같은 수준이다. 이 경우 마스크에 의한 입사광의 회절 및 간섭현상으로 인하여 웨이퍼상의 포토레지스트 패턴은 심하게 변형되며 특히 노광 광원의 파장과 비슷한 크기의 미세 패턴은 더욱더 심한 변형을 일으킨다. 이러한 문제를 해결하고자 위상반전 마스크, 하프톤형 위상반전 마스크등의 제안되었으나 근본적으로 주어진 광원에서 최소 가공 크기의 미세화에 따른 회절현상(회절각)을 줄일수 있는 대책이 되지 못한다.

제1도는 종래의 투영 노광 방법의 노광 방법을 설명하기 위한 도면이다.

종래의 투영 노광 방법에 있어서는, 광원에서 조사된 광(1)은 마스크(3)를 통과하고 투영광학계(5: 투영계 렌즈)를 거쳐 웨이퍼(7)에 상을 맺게 된다. 상기 조사된 광(1)은 투명한 기판(9)에 형성된 차광 패턴층(11)사이의 투과영역을 지날 때 회절 현상(회절광)이 일어나며, 회절각은 광원의 파장에 비례하고 투과영역의 크기에 반비례한다.

그런데, 마스크(3)를 통과한 회절광(13)은 스테퍼 장비내의 투영계 렌지(5)로 집속되는데 투영계 렌즈(5)의 유한한 개구수(Numerical Aperature)로 인하여 투영계 렌즈(5)의 주변으로 회절광(13)의 일부가 집속되지 못한채 웨이퍼상에 조명된다. 이때 제외된 광속들은 공간 주파수 분포상 고주파수 영역(15)에 해당되어 결과적으로는 스테퍼의 투영계 렌즈는 저주파수 필터의 역할을 하게된다. 따라서 웨이퍼 상에 조명된 회절광(13)은 고주파수 요소가 배재된 가운데 패턴이 형성되므로 패턴의 변형 또는 일그러짐이 생기게 된다. 이러한 변형은 스테퍼의 투영계 렌즈의 개구수가 1일때는 피할 수 있으나, 실제로는 개구수를 높이는데 한계가 있다.

이상의 종래기술에 의한 투영 노광방법은 회절각(θ)이 커서 웨이퍼에 전달되는 광속의 고주파수 요소가 배제되어 해상도를 향상시키는데 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 제1의 목적은 상술한 해상도를 높이기 위하여, 회절각을 줄여서 상대적으로 렌즈 개구수의 상승효과를 얻을 수 있는 신규한 해상도 개선 마스크를 사용한 새로운 투영 노광 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 제2의 목적은 상기 투영 노광방법에 사용되는 해상도 개선 마스크를 제공하는 것이다.

상기 제1의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 마스크를 이용한 노광 대상물의 투영 노광 방법에 있어서, 마스크를 이용한 노광 대상물의 투영 노광 방법에 있어서, 상기 마스크의 차광 패턴층 사이의 기판 내부에 굴절을 조절렌즈를 형성하여 광원으로부터 조사되어 상기 마스크를 통과하는 회절광의 회절각도를 줄이는 단계; 및 상기 회절광을 이요하여 상기 노광 대상물을 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법을 제공한다.

상기 제2의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 투명한 기판; 및 상기 기판에 규칙적으로 형성되어 광 경로상의 회절광의 회절각도를 줄이는 굴절율 조절렌즈를 포함한는 것을 특징으로 하는 마스크를 제공한다.

상기 굴절율 조절렌즈는 마스크의 노광영역을 한정하는 차광 패턴층 사이의 기판 내부에 규칙적으로 형성된다. 또한, 상기 굴절율 조절렌즈는 볼록렌즈 구조의 원통형으로 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위한 구체적인 유형의 마스크는, 투명한 기판: 상기 기판상에 노광영역을 한정하기 위해 형성한 차광 패턴층; 및 상기 차광 패턴층 사이의 기판 내부에 형성되고, 볼록렌즈 형태의 원통형 구조로 굴절율 조절렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크를 제공한다.

본 발명에 따라 해상도 개선 마스크를 사용할 투영 노광방법은 마스크를 통과하는 회절광의 회절각도를 줄여 해상도를 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 의한 해상도 개선 마스크의 일례를 사용한 투명 노광 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

제2도에서, 광원(도시 안됨)으로부터 조사된 광(10)은 마스크로 입사되며, 입사한 광(10)은 투명한 기판(90)에 형성된 차광 패턴층(110)사이의 투과영역을 지날 때 회절(회절광)이 일어나며 투영 광학계(50: 투영계 렌즈)를 거쳐 웨이퍼(70)에 상을 맺게 된다.

그런데 본 발명의 해상도 개선 마스크(30)을 통과한 회절광(130)은 스테퍼 장비내의 투영계 렌즈(50)로 집속될 때, 투광영역에 형성된 굴절율 조절렌즈(170)로 인하여 회절각(θ2)이 종래 마스크에 의한 회절광(150)의 회절각(θ1)보다 작아 투영계 렌즈(50)의 주변으로 회절광(150)의 고주파수 요소가 집속되지 못하는 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다. 따라서 웨이퍼(70)상에 조명된 회절광(130)은 고주파수 요소를 포함하기 때문에 패턴의 변형 또는 일그러짐을 억제시킬 수 있다.

여기서, 상기 제2도에 도시한 본 발명의 해상도 개선 마스크에 의한 회절광의 회절각도를 설명한다.

제3도는 본 발명에 의하여 굴절율 조절렌즈를 포함하는 해상도 개선 마스크의 회절광의 회절 각도를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

먼저, 본 발명에 의한 해상도 개선 마스크는 제3도에 도시한 바와 같이 유리도 이루어진 투명한 기파(90)과 상기 기판(90)상에 차광 패턴층(110)이 형성되어 있으며, 상기 차광 패턴층(110)의 사이에 불순물의 주입에 의하여 형성된 굴절율 조절렌즈(230)가 마련된 구조로 되어 있다.

다음에, 상기 본 발명에 의한 해상도 개선 마스크의 회절광의 회절 각도를 설명한다.

일반적으로, 유리로 이루어진 기판(90)의 굴절율은 불순물 주입에 의하여 커질 수 있다는 것이 잘 알려져 있다. 따라서 마스크이 광투과영역에 형성된 불순물 영역(230, 굴절율 조절렌즈)으로써 굴절율을 높일 경우 인접한 비투과 영역과의 굴절율 차이에 의하여 불순물 영역(230)은 굴절율 조절 렌지 역할을 하게 된다. 따라서, 상기 제3도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 회절광의 회절각도의 감소는 광속의 굴절율이 다른 매질을 통과할 때 일어나는 굴저로써 설명할 수 있다. 즉 마스크로 조사된 광(10)은 기파(90)의 표면 부위를 통과할 대 회절이 된 수 불순물 영역(230)을 통과하고, 이 불분물 영역(230)은 통상의 유리기판(90)보다 굴절율이 크므로 불순물영역(230)과 유리 기판(90)과의 경계면을 광속(210)이 지날 때 굴절을 일으킨다. 이때 스넬의 법칙에 의해 투과각(θ₄)은 입사각(θ₃)보다 커지므로 실제로 불순물 영역(230)은 굴절율 조절 렌즈 역할을 하게 된다. 따라서 제3도에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 회절광의 회절각은 종래기술에 의한 회절광(190)의 회절각보다 줄어드는 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 투영 노광 방법에 사용한 해상도 개선 마스크의 개조방법을 하기 실기예로써 구체적으로 설명한다.

[실시예1]

제4a도 내지 제4d도는 본 발명의 제1 실시예에 의한 해상도 개선 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.

제4a도는 투명한 기판(300)상에 차광층(310) 및 포토레지스트 패턴(330)을 형성하는 단계를 나타낸다.

제4a도에서, 유리와 같은 투명한 기판(300)상에 크롬(Cr)등과 같은 물질로 약 1000Å정도로 차광층(310)을 형성한다. 이어서, 상기 차광층(110)에 포토레지스트를 도포한 후 패터닝하여 포토레지스트 패턴(330)을 형성한다.

제4b도는 상기 차광 패턴층을 형성하는 단계를 나타낸다.

제4b도에서, 상기 포토레지스트 패턴(330)을 식각 마스크로하여 상기 차광층(310)을 식각하여 차광 패턴층(310a)을 형성한다.

제4c도에서, 상기 차광 패턴층(310a)에 의해 노출된 기판(300)에 상기 포토레지스트 패턴(330)을 마스크로 하여 통상의 불순물(35), 예컨대 보론(B), 인(P) 또는 비소(As)를 주입함으로써 불순물영역(370)을 형성한다. 상기 불순물 영역(370)은 굴절율 조절렌즈로 사용되며, 차광 패턴층(310a) 사이의 기판내에 형성된다.

제4d도는 포토레지스트 패턴(330)을 제거하는 단계를 나타낸다/

제4d도에서, 상기 차광층(310)의 식각마스크 및 불순물 주입 마스크로 사용되었던 포토레지스트 패턴(330)을 제거하여 본 발명의 제1실시예에 의한 해상도 개선 마스크를 완성한다.

실시예2

먼저, 본 발명의 제2 실시예는 먼저 상기 제1 실시예의 제4a도 및 제4b도의 단계를 동일하게 실시한다.

다음에, 상기 제1 실시예와는 다르게 차광층(310)의 식각마스크에 사용되었던 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이어서, 상기 차광 패턴층(310a)을 마스크로 하여 통상의 불순물, 예컨대 보로(B), 인(P) 또는 비소(As)를 주입하여 상기 제4d도에 도시한 바와 같은 본 발명의 제2 실시예에 의한 해상도 개선 마스크를 완성한다.

이상의 본 발명의 투영 노광 방법에 사용되는 해상도 개선 마스크는 광원으로부터 입사되는 광이 마스크를 통과하면서 마스크의 차광 패턴층 사이에서 회절광이 발생하때, 상기 차광 패턴층 사이의 기판내에 굴절율 조절렌즈를 형성함으로써 광학 투영계로 입사하는 회절광의 회절각도를 줄여 해상도를 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 당업자의 통상적인 지식의 범위에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims (5)

1. 마스크를 이용한 노광 대상물의 투영 노광 방법에 있어서, 상기 마스크의 차광 패턴층 사이의 기판 내부에 굴절율 조절렌즈를 형성하여 광원으로부터 조사되어 상기 마스크를 통과하는 회절광의 회절각돌르 줄이는 단계; 및 상기 회절광을 이용하여 상기 노광 대상물을 노광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영 노광 방법
2. 투명한 기판; 및 상기 기판에 규칙적으로 형성되어 광 경로상의 회절광의 회절각도를 줄이는 굴절율 조절렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크.
3. 제2항에 있어서, 상기 굴절율 조절렌즈는 마스크의 노광영역을 한정하는 차광 패턴층 사이의 기판 내부에 규칙적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
4. 제2항에 있어서, 상기 굴절율 조절렌즈는 볼록렌즈 구조의 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
5. 투명한 기판; 상기 기판상에 노광영역을 한정하기 위해 형성한 차광 패턴층; 및 상기 차광 패턴층 사이의 기판 내부에 형성되고, 볼록렌즈 형태의 원통형 구조로 굴절율 조절렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크.