KR0183720B1 - 보조 마스크를 이용한 투영 노광장치 - Google Patents

보조 마스크를 이용한 투영 노광장치 Download PDF

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Abstract

그레이팅 마스크를 이용한 투영노광 장치에 대해 기재되어 있다. 이는, 그레이팅 마스크를 사용한 투영노광 장치에 있어서, 상기 그레이팅 마스크가 패턴을 전사할 포토 마스크와 분리되어 위치하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 1매의 그레이팅 마스크만으로 사입사 조명방법을 구현할 수 있고, 그레이팅 마스크를 다량으로 제조할 필요가 없으며, 포토마스크 및 그레이팅 마스크의 검사도 가능한 이점이 있다.

Description

보조 마스크를 이용한 투영 노광장치
제1a도 내지 제2b도는 촛점심도를 설명하기 위한 도면들이다.
제3도는 종래의 일반적인 사입사 조명방법을 설명하기 위한 도면이다.
제4도는 종래의 아톰 조명방법을 설명하기 위한 도면이다.
제5a도 및 제5b도는 쌍극형 및 4극형 그레이팅 마스크를 도시한 사시도이다.
제6도 내지 제8도는 본 발명의 실시예에 의한 투영 노광장치를 설명하기 위한 도면들이다.
제9도는 본 발명에 의한 투영 노광장치의 일례를 텔리센트릭(telecentric) 노광방법에 적용한 일례를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
60 : 조사되는 광선 62 : 파리눈 렌즈
64 : 개구(aperture) 66 : 중간렌즈
68 : 블라인드 70 : 콘덴서 렌즈
72 : 포토마스크 74 : 대물렌즈
76 : 웨이퍼 80 : 그레이팅 마스크
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 특히 별도의 그레이팅 마스크(grating mask)를 사용하여 사입사 조명을 구현한 투영 노광장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로의 제조에 있어서, 실리콘 기판의 미세한 영역으로 주입되는 불순물의 양이 정밀하게 조절되고, 동시에 이 영역들이 상호 연결되어야 한다. 이 영역들을 한정하는 패턴들은 사진식각 기술에 의해 형성된다는 것은 널리 알려져 있다.
사진식각 기술에 의하면, 반도체 기판 상의 절연막이나 도전성막등 패턴을 형성하여야 할 막 위에, 자외선이나, 전자 또는 X선 등과 같은 광선의 조사에 의해 그 용해도가 변화하는 감광막을 형성하고, 이 감광막의 소정 부위를 광선에 노출시킨 후, 현상액에 대하여 용해도가 큰 부분을 제거함으로써 감광막 패턴을 형성하고, 패턴을 형성하여야 할 막의 노출된 부분을 에칭에 의해 제거하여 배선이나 전극등 각종 패턴을 형성한다.
KrF 엑시머(eximer) 사진식각술에 적용되는 사입사 조명(Off-Axis Illumination; OAI)은 256M급 디램(Dynamic Random Acess Memory; DRAM) 및 그 이하의 집적회로의 제조를 위해 유력한 기술로 대두되고 있으며, 이를 개선하여 아톰(Advanced Tilted illumination On Mask; ATOM) 조명방법이 등장하였다. 이들은 노광시 노광설비의 개구(aperture)를 변형하여 빛의 조사각도를 바꾸어 주거나, 그레이팅 마스크를 사용하여 빛을 회절시켜 조사함으로써, 빛의 촛점심도(Depth Of Focus; DOF)를 증가시키는 방법이다.
촛점심도란 마스크를 투과한 빛이 그 촛점을 중심으로 상, 하로 패턴을 전사할 수 있는 범위를 말하는 것이다.
제1a도 내지 제2b도는 촛점심도를 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 제1a도는 0차 광, +1차 광 및 -1차 광을 집속한 경우의 촛점심도를 도시한 것이다.
구체적으로, 광원으로 부터 조사된 빛(11)은 포토마스크(12)를 통과하면서 회절되고, 이 회절된 빛들은 렌즈(14)에 의해 다시 집속된다. 렌즈(14)에 수직하게 입, 출사되는 0차 광과, 상기 0차 광과 일정각도를 가지면서 입, 출사되는 +1차 광 및 -1차 광이 집속되었을 때, 촛점위치가 F1에서 F2로 변화하게 되면, 0차 광과 ±1차 광은 각각 D1에서 D2, D1'에서 D2'로 경로차가 나타나게 된다. 이 경로차에 따라, 파동을 이루며 전사되어온 빛이 소멸간섭되면 빛의 세기가 0이 되어 웨이퍼상에 아무런 패턴도 전사되지 않는다. 따라서, 패턴이 전사될 수 있도록 빛의 소멸간섭이 일어나지 않는 범위내에 촛점위치가 있어야 한다.
또한, 촛점위치가 F1에서 F3로 변화할 경우도 마찬가지로, 0차 광과 ±1차 광은 각각 D1에서 D3 및 D1'에서 D3'의 경로차가 나타나게 되어, 상기 촛점위치가 F1에서 F2로 변화했을 때와 동일한 결과를 가져오게 된다. 따라서, 촛점위치가 F2 내지 F3의 범위내에 위치하게 되면 패턴이 전사될 수 있으며, 상기 F2로부터 F3의 범위를 촛점심도라 한다. 물론, F2와 F3의 바같부분에서도 패턴은 전사될 수 있으나, 촛점이 맞지 않는 부분이므로 전사된 패턴의 형성을 불가능하다.
제1b도는 상기 제1a도의 촛점심도를 그래프로 도시한 것으로서, 촛점위치가 각각 F1, F2 및 F3에 위치할 때의 0차 광과 ±1차 광의 간섭에 의한 빛의 세기를 도시한다. 0차 광과 ±1차 광의 경로에 따른 위상차가 동일한 경우에는 간섭에 의한 빛의 세기가 보강되고, 위상차가 반대인 경우에는 소멸간섭에 의해 빛의 세기가 0이 된다.
제2a도는 0차 광을 집속하지 않은 경우의 촛점심도를 설명하기 위한 것이다.
구체적으로, 광원으로 부터 조사된 빛(11)이 포토마스크(12)를 통과하면서 회절되고, 이 회절된 빛 중 0차 광은 집속되지 않고 ±1차 광들만 렌즈(14)를 사용하여 집속된다. 상기 0차 광을 집속하지 않으면, +1차 광과 -1차 광의 경로에 따른 위상은 이론적으로 동일하다. 즉, 촛점위치가 F1, F2 및 F3로 변화한다고 할 때, 상기 +1차 광과 -1차 광은 경로가 같기 때문에 서로 같은 위상을 유지한다. 따라서, 촛점위치가 어디에 위치하든지 두 빛은 항상 동일한 위상을 가지고 촛점에 도착하게 되며, 경로차에 따른 소멸간섭 효과가 없기 때문에 촛점심도는 무한대가 된다.
제2b도는 상기 제2a도의 촛점심도를 그래프로 나타낸 것으로서, +1차 광과 -1차 광은 항상 동일한 위상을 가지므로, 보강간섭에 의해 빛의 세기가 보강된다.
이어서, 제3도 및 제4도를 참조하여 종래의 일반적인 사입사 조명 및 이를 개량한 아톰 조명방법을 설명한다.
사입사 조명방법은 상기와 같은 원리로 빛의 촛점심도를 향상시키는 방법으로서, 간단히 개구의 구조를 개량함으로써 구현될 수 있다.
제3도는 종래의 사입사 조명방법을 설명하기 위한 개략도로서, 참조부호 20은 광원을, 22는 개구를, 24 및 28은 중간 및 대물렌즈를, 26은 패턴을 전사할 포토마스크를, 30은 패턴이 전사될 웨이퍼를 각각 나타낸다.
사입사 조명에 사용되는 상기 개구(22)는 통상 4개의 홀들이 사각으로 배치되어 있고, 입사되는 광중에서 사입사 성분만을 얻기 위하여, 직진 성분이 주어지는 중앙 부분은 차광물질로 막혀 있다.
제3도를 참조하면, 광원(20)으로 부터 조사된 빛이 개구(22), 중간렌즈(24) 및 포토마스크(26)를 통과하여 대물렌즈(28)에서 집속되어 웨이퍼(30) 상에 전사된다. 상기 입사된 ±1차 광중 한 성분은 대물렌즈(28) 밖으로 빠져 나가고, -1차 광 한 성분과, 0차 광 성분만 남게 된다.
상기 사입사 조명에 사용되는 개구는 직진성분을 제거하기 위하여 개구의 중앙부분이 막혀 있으므로, 통상의 조명방법에 비해 집속되는 빛의 양이 적어 노광시간이 늘어나거나 빛의 세기를 크게 해야하는 등 생산성 측면에서 떨어지는 문제점이 있다.
제4도는 상기 사입사 조명방법의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 아톰 조명방법을 설명하기 위한 것으로, 참조부호 32는 수직으로 입사된 빛을 일정한 각도를 주어 회절시키는 역할을 하는 그레이팅 마스크(grating mask)이다.
구체적으로, 광원(20)에서 조사된 빛은 개구(22)를 지나 중간렌즈(24) 및 그레이팅 마스크(32)가 부착된 포토마스크(26)에 입사되며, 상기 포토마스크를 투과한 빛은 대물렌즈(28)에서 집속되어 웨이퍼(30)상에 전사된다.
이 아톰 조명방법은 개구의 일부를 막지 않으므로, 집속되는 빛의 양이 통상으 조명방법과 동일하며, 빛을 회절시키는 그레이팅 마스크가 있어 사입사 조명방법과 동일한 효과를 가진다.
상기 그레이팅 마스크(32)는 수직으로 입사된 빛을 일정한 각도를 주어 회절시키는 역할을 하는 마스크로서, 제5a도 및 제5b도에 도시되어 있다.
제5a도는 쌍극형 그레이팅 마스크의 사시도로서, 상, 하 또는 좌, 우로 요철이 형성되어 있으며, 재질은 기판과 동일하다. 즉, 기판을 깍아내어 제작된 무차광막 마스크이다.
제5b도는 4극형 그레이팅 마스크의 사시도로서, 4각의 격자모양이 요철을 이루며 형성되어 있으며, 역시 재질은 기판과 동일한 무차광막 마스크이다.
통상의 아톰 조명방법은 포토마스크의 뒷면에 그레이팅 패턴을 조각하거나, 제조된 그레이팅 마스크를 포토마스크의 뒷면에 부착하는 방법을 쓰고 있다. 따라서, 이미 제작된 포토마스크를 다시 그레이팅 패턴 제작공정에 투입해야 하거나, 그레이팅 마스크를 따로 제작하여 포토마스크의 뒷면에 부착해야 하는데, 그 공정이 쉽지 않다. 또한, 포토마스크마다 각각의 그레이팅 마스크가 필요하므로, 제작비가 상승하고, 그레이팅 마스크의 부착후에는 포토마스크의 결함을 검사하는 것이 불가능해지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결할 수 있는 투영 노광장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 투영 노광장치는, 그레이팅 마스크를 사용한 투영 노광장치에 있어서, 상기 그레이팅 마스크가 패턴을 전사할 포토마스크와 분리되어 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 일 실시예에 있어서, 상기 그레이팅 마스크가 포토마스크의 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그레이팅 마스크가 파리눈 렌즈의 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 그레이팅 마스크가 블라인드 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 그레이팅 마스크는 쌍극형 또는 4극형 그레이팅 마스크인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포토마스크는 투과형 마스크 또는 위상반전 마스크인 것이 바람직하다.
본 발명의 투영 노광장치에 따르면, 1매의 그레이팅 마스크만으로 사입사 조명을 구현할 수 있으며, 그레이팅 마스크를 다량으로 제조할 필요가 없고, 포토마스크 및 그레이팅 마스크의 검사도 가능하다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
제6도 내지 제9도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투영노광장치를 설명하기 위하여 도시한 도면들이다.
제6도 내지 제9도에 있어서, 참조부호 60은 광원으로부터 조사된 광선을, 62는 파리눈 렌즈(fly's eye lens)를, 64는 개구를, 66은 중간렌즈를, 68은 블라인드를, 70은 콘덴서(condenser) 렌즈를, 72는 패턴을 전사할 포토마스크를, 74는 대물렌즈를, 76은 패턴이 전사될 웨이퍼를, 그리고 80은 빛의 직진성분을 회절시키는 그레이팅 마스크를 각각 나타낸다.
[제1실시예]
제6도는 본 발명의 제1실시예에 의한 투영 노광장치를 도시한 것으로, 그레이팅 마스크(80)가 포토마스크(72)의 상부에, 상기 포토마스크와 분리되어 독립적으로 배치되어 있다.
제6도를 참조하면, 광원으로부터 조사된 광선(60)은 파리눈 렌즈(62), 개구(64), 중간렌즈(66), 블라인드(68), 콘덴서 렌즈(70)를 각각 투과한 후 그레이팅 마스크(80)에서 직진성분이 회절되고, 포토마스크(72) 및 대물렌즈(74)를 순차적으로 투과, 집속되어 웨이퍼(76)에 조사된다.
광원에서 조사된 빛은 상기 포토마스크(72)의 상부에 위치한 그레이팅 마스크(80)에서 회절되어 수직성분의 빛은 없어지고, 사입사된 성분만 남아 포토마스크에 전사되므로 사입사 조명과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[제2실시예]
제7도는 본 발명의 제2실시예에 의한 투영 노광장치를 도시한 것으로, 그레이팅 마스크(80)를 블라인드 사이에 장착한 경우이다.
광원으로부터 조사된 빛은 파리눈 렌즈(62), 개구(64), 중간렌즈(66), 그레이팅 마스크(80), 콘덴서 렌즈(70)를 각각 투과한 후 포토마스크(72) 및 대물렌즈(74)를 순차적으로 투과, 집속되어 웨이퍼(76)에서 조사된다.
광원에서 조사되어 중간렌즈까지 투과한 빛은, 상기 블라인드(68) 사이에 장착된 그레이팅 마스크(80)에서 회절되어 수직성분이 없어지고 사입사 성분만 남게 되어 사입사 조명을 수행한다.
[제3실시예]
제8도는 본 발명의 제3실시예에 의한 투영 노광장치를 도시한 것으로, 그레이팅 마스크(80)를 파리눈 렌즈(62)의 상부에 장착한 경우이다.
광원으로부터 조사된 빛(60)은 상기 그레이팅 마스크(80)에 의해 회절되어 수직성분이 없어지고 사입사 성분만 남아 파리눈 렌즈(62) 내지 다른 광학계를 거쳐 웨이퍼에 조사된다. 따라서, 빛의 효율이 떨어지지 않으면서 사입사 조명을 수행한다.
상기 제6도 내지 제8도에서 사용된 개구(64)는 종래의 사입사 조명방법에서 사용한 것과 같이 개구의 일부를 차광물질로 가린 것이 아니라, 통상의 투영노광 방법에서 사용되는 개구를 그대로 사용하기 때문에, 입사되는 빛의 손실이 없다.
상기 그레이팅 마스크(80)는 입사된 빛을 회절시켜 수직성분을 없애주고 사입사 성분만을 출사하는 역할을 한다.
또한, 상기 포토마스크(72)는 투과형 포토마스크 또는 위상반전마스크에 관계없이 사용할 수 있다.
제9도는 본 발명에 의한 노광장치를 텔리센트릭(telecentric) 투영 노광장치에 적용한 예를 도시한 도면이다.
구체적으로, 광원에서 조사된 빛은 파리눈 렌즈(62)와, 제1중간렌즈(63)와, 블라인드(68)에 위치한 그레이팅 마스크(80)와, 제2중간렌즈(69) 및 콘덴서렌즈(70)를 투과하여 포토마스크(72)에 전사된다.
상기 텔리센트릭 노광방법은, 상기 블라인드(68)의 중심을 지나는 주광선(90)이 상기 제2 중간렌즈(69)에 수직하게 입사하여 상기 콘덴서렌즈(70)에서 수직하게 출사되도록 하는 노광방법으로서, 본 발명에 의한 노광장치를 적용할 수 있다.
상술한 본 발명에 의한 투영 노광장치에 따르면, 첫째, 그레이팅 마스크가 장착되는 위치를 변경함으로써 1매의 그레이팅 마스크만으로 사입사 조명방법을 구현할 수 있으며, 둘째, 그레이팅 마스크를 다량으로 제조할 필요가 없으며, 세째, 그레이팅 마스크가 포토마스크와 분리되어 있으므로, 포토마스크 및 그레이팅 마스크의 검사도 가능한 이점이 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (1)

  1. 투영노광장치에 있어서, 투과시키는 빛을 180°위상이동시키는 영역을 가진 투명한 그레이팅 마스크가 투영노광장치의 블라인드영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
KR1019950019039A 1995-06-30 1995-06-30 보조 마스크를 이용한 투영 노광장치 KR0183720B1 (ko)

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