KR100555531B1 - Optical element and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
다양한 광학 시스템에 적합화된 광학 장치 및 이의 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 광학 장치는 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 기판 및 기판의 매질 내부에 형성되어 기판의 후면에 입사되어 기판을 투과하는 조명의 강도, 형상 및/또는 성분을 조절하는 회절 어레이를 포함한다. 본 발명에 따른 광학 장치는 조명의 강도 또는 조명의 형상을 능동적으로 조절할 수 있다. Optical devices adapted to various optical systems and methods of making the same are provided. An optical apparatus according to the present invention has a front surface and a rear surface, and is formed in a substrate transparent to light and a diffraction array for adjusting the intensity, shape and / or component of the illumination incident on the back of the substrate and passing through the substrate. It includes. The optical device according to the invention can actively adjust the intensity of the illumination or the shape of the illumination.
광학 요소, 조명 강도 분포, 경사입사 조명, 펨토 초 레이저Optical elements, light intensity distribution, oblique incident light, femtosecond lasers
Description
도 1은 종래의 포토마스크를 사용하여 노광할 경우 발생하는 웨이퍼 상의 샷 불균일을 도시하는 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing shot non-uniformity on a wafer that occurs when exposed using a conventional photomask.
도 2는 종래의 노광 시스템에 있어서의 경사 입사 조명을 설명하는 개략도이다. Fig. 2 is a schematic diagram illustrating oblique incidence illumination in a conventional exposure system.
도 3a는 본 발명에 따른 포토마스크의 제1 실시예의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 포토마스크를 사용하여 노광할 경우 웨이퍼 상에 프린트되는 패턴의 임계 치수(CD)를 나타내는 개략도이다. 3A is a plan view of a first embodiment of a photomask according to the present invention, and FIG. 3B is a schematic diagram showing a critical dimension (CD) of a pattern printed on a wafer when exposed using the photomask of FIG. 3A.
도 4a 및 도 4b는 회절 어레이에 의한 조명 조건의 변화를 푸리에 광학에 근거하여 설명하기 위한 개략도들이다. 4A and 4B are schematic diagrams for explaining the change of illumination conditions by diffraction array based on Fourier optics.
도 5는 본 발명에 따른 포토마스크의 제1 실시예의 CD 편차 보정의 정밀도를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for explaining the precision of CD deviation correction in the first embodiment of the photomask according to the present invention.
도 6a는 본 발명에 따른 포토마스크의 제2 실시예의 평면도와 이를 사용할 경우 웨이퍼 상에 구현되는 경사 입사 조명을 도시하는 개략도이고, 도 6b는 도 6a의 B-B' 선을 따라 자른 포토마스크의 부분 단면도이다. FIG. 6A is a schematic diagram showing a plan view of a second embodiment of a photomask according to the present invention and oblique incidence illumination implemented on a wafer when using it, and FIG. 6B is a partial cross-sectional view of the photomask taken along line BB ′ of FIG. 6A. to be.
도 7a는 변형 조명이 가능하도록 하는 회절 어레이의 상면도이고, 도 7b는 도 7a의 회절 어레이에 의해 구현되는 십자형 조명을 나타내는 도면이다.FIG. 7A is a top view of a diffraction array that enables modified illumination, and FIG. 7B is a diagram of cross-shaped illumination implemented by the diffraction array of FIG. 7A.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈를 나타내는 단면도이다. 8 is a cross-sectional view illustrating a lens according to an embodiment of the present invention.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 포토마스크의 제1 실시예를 제조하기 위한 흐름도들이다. 9 and 10 are flowcharts for manufacturing the first embodiment of the photomask according to the present invention.
도 11은 도 9 및 도 10의 각 단계에서 얻어지는 맵 및 포토마스크의 회절 어레이를 나타내는 개략도이다. FIG. 11 is a schematic diagram showing a diffraction array of a map and a photomask obtained in each step of FIGS. 9 and 10.
도 12는 본 발명에 따른 포토마스크의 제조에 사용되는 펨토 초 레이저의 개략도이다. 12 is a schematic diagram of a femtosecond laser used in the manufacture of the photomask according to the present invention.
도 13은 서로 다른 스팟 밀도의 회절 어레이를 구비하는 석영 기판 및 이의 투과율을 나타내는 상면도이다. FIG. 13 is a top view showing a quartz substrate and its transmittance having diffraction arrays of different spot densities. FIG.
도 14a는 회절 어레이들이 형성될 포토마스크 섹션들을 도시하는 개략도이고, 도 14b는 포토마스크에 형성되는 서로 다른 피치의 회절 어레이들의 사진이며, 도 14c는 회절 어레이 스팟의 피치에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 미세 전자 소자 제조를 위한 노광 시스템 및 제조 방법을 도시한 블록 다이아그램이다. FIG. 14A is a schematic diagram showing photomask sections in which diffractive arrays are to be formed, FIG. 14B is a photograph of diffraction arrays of different pitches formed in the photomask, and FIG. 14C is a graph showing transmittance according to the pitch of the diffraction array spots. .
15 is a block diagram illustrating an exposure system and a manufacturing method for manufacturing a microelectronic device according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 광학 장치들에 관한 것으로, 특히, 광학 요소들 매질 내에 회절 어레이를 구비하여 광학 요소를 투과하는 조명의 강도, 형상 및/또는 성분을 능동적으로 조절할 수 있는 광학 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 나아가 이러한 광학 장치를 이용한 미세 전자 소자의 제조 방법 및 노광 시스템에 관한 것이기도 하다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to optical devices, and more particularly, to an optical device and a method for manufacturing the same, having a diffractive array in the optical elements medium to actively adjust the intensity, shape and / or component of illumination passing through the optical element. will be. The present invention further relates to a method for manufacturing a microelectronic device and an exposure system using such an optical device.
미세 전자 소자의 제조에 사용되는 노광 시스템 또는 기타 다른 광학 시스템에 요구되는 해상도가 증가하고 각 광학 시스템별로 요구되는 특성이 세분화되고 다변화됨에 따라 이들 광학 시스템에 적용되는 다양한 광학 장치들, 예컨대, 포토마스크, 렌즈, 어퍼쳐(aperture) 등의 성능 향상에 대한 요구가 증대하고 있다. Various optical devices, such as photomasks, are applied to these optical systems as the resolution required for exposure systems or other optical systems used in the manufacture of microelectronic devices increases and the characteristics required for each optical system are refined and diversified. Increasingly, there is a demand for improved performance of lenses, apertures, and the like.
특히, 미세 전자 소자의 디자인 룰이 감소함에 따라, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 노광원의 조명(1)에 의해 포토마스크(3)의 마스크 패턴(5)이 웨이퍼(7) 상으로 전사될 때, 최초 디자인된 패턴의 CD(8)로 균일하게 나타나지 않고 웨이퍼 상에 프린트된 패턴(9)의 CD가 위치에 따라 변하는 웨이퍼 상의 샷 균일도(shot uniformity on wafer) 저하가 빈번히 발생하고 있다. 이는 비록 포토마스크(3)의 후면으로 입사되는 조명 강도의 분포는 균일하나, 이 조명이 마스크 패턴(5)을 투과하면서 다양한 광학적 현상에 의해 각 위치별로 그 조명 강도가 달라지면서 발생하는 문제점이다. In particular, as the design rule of the microelectronic device decreases, as shown in FIG. 1, the
샷 균일도를 증가시키기 위하여 미리 준비된 조명 강도 분포를 갖고 있는 필터를 도입하고 스캔하는 중에 노광원(예., KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저)의 에너지를 변화시키는 방법이 제안되어 왔다. 그러나, 이러한 시도는 스캔하는 중에 노광원의 에너지를 자유롭게 변화시킬 수 있어야 가능하므로, 현재의 노광 시스템으로는 구현하기가 용이하지 않다. A method of changing the energy of an exposure source (eg, KrF excimer laser or ArF excimer laser) has been proposed during the introduction and scanning of a filter with a previously prepared illumination intensity distribution to increase shot uniformity. However, such an attempt is only possible to freely change the energy of the exposure source during scanning, which is not easy to implement with current exposure systems.
한편, 노광 시스템의 해상도 한계를 극복하기 위한 방법의 일환으로 변형 조명 방법(modified illumination)의 일종인 경사 입사 조명(Off-Axis Illumination : 이하, "OAI")을 이용하는 방법이 제안되어 왔다. On the other hand, as part of a method for overcoming the resolution limitation of the exposure system, a method using Off-Axis Illumination (OAI), which is a kind of modified illumination, has been proposed.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이 OAI는 광투과 영역이 원형인 종래의 어퍼쳐(conventional aperture)대신 광투과 영역이 애뉼러(annular), 다이폴(dipole) 또는 쿼드러폴(quadrupole) 형태인 변형 어퍼쳐(10)를 노광 시스템의 조명 광학계(illumination optics)에 설치하여 조명(1)의 수직성분(0 차광)을 차단하고 경사 입사 성분(+1, -1 차광)만이 포토마스크(3) 상에 입사되도록 하여 해상도를 향상시킨다. 이 경우, 노광원에서 나온 조명(1)이 변형 어퍼쳐(10)를 거치면서 그 강도가 감소되는 문제가 있다. 미설명 부호 11은 투영 광학계(projection optics)를, 13은 퓨필(pupil)을 나타낸다. As shown in Fig. 2, the OAI has a deformation aperture in which the light transmission region is annular, dipole or quadrupole instead of the conventional aperture in which the light transmission region is circular. (10) is installed in the illumination optics of the exposure system to block the vertical component (zero shading) of the illumination (1) and only oblique incidence components (+1, -1 shading) enter the photomask (3). To improve the resolution. In this case, there is a problem that the intensity of the
이론적으로 OAI를 이용하면, 종래의 원형 어퍼쳐를 사용할 경우에 비하여 해상도가 약 1.5배 정도 증가되며, 초점심도(Depth Of Focus : 이하, "DOF") 또한 향상된다.In theory, using OAI, the resolution is increased by about 1.5 times as compared with the conventional circular aperture, and the depth of focus (“DOF”) is also improved.
그러나, 종래의 OAI 방법에 따르면, 노광원에서 나온 조명(1)이 변형 어퍼쳐(10)를 거치면서 그 강도가 감소되는 문제가 있다. 또, 하나의 어퍼쳐(10)만이 포토마스크 전단의 조명 광학계에 설치되므로 적절한 변형 조명 효과를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 즉, 라인 앤드 스페이스(line and space)와 같이 피치가 일정한 경우의 패턴과 x, y 그리고 대각선 방향의 피치가 다양하게 존재하는 패턴을 동시에 전사하여야 할 경우, 한 가지 변형 조명 조건(예., 다이폴)만으로는 각각의 방향에 대한 패턴 형성이 양호하지 못한 단점이 있다. 따라서, 각 방향에 대한 원하는 CD를 얻는 데 한계가 있으며, 이로 인해 공정 마진을 확보하는 것이 불가능하다. 따라서, 다양한 패턴 모양 각각에 대해 적합한 변형 조명을 실시할 수 있는 방법이 요구된다. However, according to the conventional OAI method, there is a problem that the intensity of the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용되는 광학 시스템에 적합화되고 맞춤화되어 이들을 투과하는 조명의 강도, 형상 및/또는 성분이 능동적으로 조절되는 광학 장치를 제공하고자 하는 것이다. It is an object of the present invention to provide an optical device in which the intensity, shape and / or component of the illumination adapted to and adapted to the optical system used is actively controlled.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 웨이퍼 상의 샷 균일도를 달성할 수 있는 포토마스크를 제공하고자 하는 것이다.Another technical object of the present invention is to provide a photomask capable of achieving shot uniformity on a wafer.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다양한 패턴 레이아웃에 적합한 효과적인 변형 조명이 가능한 포토마스크를 제공하고자 하는 것이다. Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a photomask capable of effective modified illumination suitable for various pattern layout.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 다양한 패턴 레이아웃에 적합한 효과적인 변형 조명이 가능한 어퍼쳐를 제공하고자 하는 것이다. Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an aperture capable of effective modified illumination suitable for various pattern layouts.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 사용되는 광학 시스템에 적합화되고 맞춤화되어 이들을 투과하는 조명광의 강도, 형상 및/또는 성분이 능동적으로 조절되는 광학 장치의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing an optical device, which is adapted and customized for the optical system used, and in which the intensity, shape and / or component of the illumination light passing therethrough is actively controlled.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 웨이퍼 상의 샷 균일도를 달성할 수 있는 포토마스크를 매우 간단하게 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 본 발명에 따른 포토마스크를 이용한 미세 전자 소자의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 본 발명에 따른 포토마스크를 이용한 노광 시스템을 제공하고자 하는 것이다. Another technical object of the present invention is to provide a method for producing a photomask that can achieve shot uniformity on a wafer very simply.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a microelectronic device using a photomask according to the present invention.
Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an exposure system using a photomask according to the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 기판 및 상기 기판의 매질 내부에 형성되어 상기 기판의 후면에 입사되어 상기 기판을 투과하는 상기 조명의 강도 및/또는 형상을 조절하는 회절 어레이를 포함한다. The optical device according to an embodiment of the present invention for achieving the technical problem is formed in the substrate and the substrate of the substrate transparent to the illumination for the illumination is incident on the rear surface of the substrate to pass through the substrate Diffraction arrays that adjust the intensity and / or shape of the illumination.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크는 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 포토마스크 기판, 상기 포토마스크 기판의 상기 전면에 형성되어 전자 소자 기판 상에 전사될 마스크 패턴 및 상기 포토마스크 기판 매질 내부에 형성되어 상기 포토마스크의 상기 후면에 입사되어 상기 마스크 패턴으로 향하는 상기 조명의 강도를 조절하는 회절 어레이를 포함한다. A photomask according to an embodiment of the present invention for achieving the other technical problem is provided on the front and rear of the photomask substrate, the photomask substrate is transparent to the illumination is transferred to the electronic device substrate And a diffraction array formed within a mask pattern and the photomask substrate medium to adjust the intensity of the illumination incident on the back surface of the photomask and directed toward the mask pattern.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 어퍼쳐는 노광 시스템에서 포토마스크로 입사되는 조명의 수직성분을 차단하고 경사 입사 성분만이 입사되도록 하는 어퍼쳐로, 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 기판 및 상기 기판의 매질 내부에 형성되고, 상기 기판의 후면에 입사되어 상기 기판을 투과하는 조명이 상기 포토마스크에 경사 입사되도록 하는 회절 어레이를 포함한다. An aperture according to an embodiment of the present invention for achieving the above another technical problem is an aperture that blocks the vertical component of the illumination incident to the photomask in the exposure system, so that only the oblique incident component is incident, the front and rear And a diffraction array formed inside the medium of the substrate and transparent to illumination, the illumination incident on the rear surface of the substrate and passing through the substrate to be obliquely incident on the photomask.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치의 제조 방법은 광학 시스템에 적용되는 광학 요소로 조명에 대해 투명한 기판을 가지는 광학 요소를 제공하는 단계 및 상기 기판 매질이 용융 및/또는 증발되지 않고 굴절률이 변화하도록 하는 에너지 밀도를 가지는 에너지를 상기 기판에 조사하여 상기 기판의 매질 내부에 상기 기판의 후면에 입사되어 상기 기판을 투과하는 상기 조명의 강도, 형상 및/또는 성분을 조절하는 회절 어레이를 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical device, the method comprising: providing an optical element having a substrate transparent to illumination as an optical element applied to an optical system, and melting the substrate medium And / or the intensity, shape and / or component of the illumination that is irradiated with energy having an energy density such that the refractive index does not evaporate and is incident on the backside of the substrate within the medium of the substrate and passes through the substrate. And forming a diffraction array to control.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크의 제조 방법은 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 포토마스크 기판 및 상기 포토마스크 기판의 상기 전면에 형성되어 전자 소자 기판 상에 전사될 마스크 패턴을 구비하는 포토마스크를 제공하는 단계 및 상기 포토마스크 기판 매질 내부에 상기 기판 매질이 용융 및/또는 증발되지 않고 굴절률이 변화하도록 하는 에너지 밀도를 가지는 에너지를 상기 기판에 조사하여 상기 포토마스크의 상기 후면에 입사되어 상기 마스크 패턴으로 향하는 상기 조명의 강도를 조절하는 회절 어레이를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세 전자 소자의 제조 방법은, 감광층을 상면에 가진 미세 전자 소자 기판을 제공하는 단계; 및 포토마스크를 통해 상기 미세 전자 소자 기판 상의 상기 감광층에 패터닝 방사를 투영하는 단계를 포함하며, 상기 포토마스크는, 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 포토마스크 기판; 상기 포토마스크 기판의 상기 전면에 형성되어 전자 소자 기판 상에 전사될 마스크 패턴; 및 상기 포토마스크 기판 매질 내부에 형성되어 상기 포토마스크의 상기 후면에 입사되어 상기 마스크 패턴으로 향하는 상기 조명의 강도를 조절하는 회절 어레이를 포함한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 노광 시스템은, 감광층을 상면에 가진 미세 전자 소자 기판을 수용하는 척, 포토마스크, 및 상기 포토마스크를 통해 상기 미세 전자 소자 기판 상의 상기 감광층에 패터닝 방사를 투영하는 노광원을 포함한다. 상기 포토마스크는, 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 포토마스크 기판, 상기 포토마스크 기판의 상기 전면에 형성되어 전자 소자 기판 상에 전사될 마스크 패턴, 및 상기 포토마스크 기판 매질 내부에 형성되어 상기 포토마스크의 상기 후면에 입사되어 상기 마스크 패턴으로 향하는 상기 조명의 강도를 조절하는 회절 어레이를 포함한다. According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a photomask includes a photomask substrate having a front surface and a rear surface, and formed on the front surface of the photomask substrate and an electronic device substrate. Providing a photomask having a mask pattern to be transferred onto the substrate, and irradiating the substrate with energy having an energy density within the photomask substrate medium such that the refractive index changes without melting and / or evaporating the substrate medium; And forming a diffraction array that adjusts the intensity of the illumination incident on the backside of the photomask and directed toward the mask pattern.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a microelectronic device, the method comprising: providing a microelectronic device substrate having a photosensitive layer on an upper surface thereof; And projecting patterned radiation onto the photosensitive layer on the microelectronic device substrate through a photomask, the photomask comprising: a photomask substrate having a front surface and a rear surface and transparent to illumination; A mask pattern formed on the entire surface of the photomask substrate to be transferred onto an electronic device substrate; And a diffraction array formed inside the photomask substrate medium to adjust the intensity of the illumination incident on the back surface of the photomask and directed toward the mask pattern.
According to another aspect of the present invention, there is provided an exposure system including a chuck, a photomask, and a photomask for receiving a microelectronic device substrate having a photosensitive layer on an upper surface thereof. And an exposure source for projecting the patterned radiation onto. The photomask may include a photomask substrate having a front surface and a rear surface and transparent to illumination, a mask pattern formed on the front surface of the photomask substrate to be transferred onto an electronic device substrate, and formed inside the photomask substrate medium. And a diffraction array that adjusts the intensity of the illumination incident on the backside of the photomask and directed toward the mask pattern.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for the purpose of full disclosure, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
본 발명의 실시예들에 따른 광학 장치들은 기판 매질 내에 다양한 형상의 회절 어레이를 포함하여 기판의 후면에 입사되어 기판을 투과하는 조명의 강도, 형상 및/또는 성분이 다양하게 조절되도록 할 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 광학 장치의 기판 매질 내에 포함되는 회절 어레이는 광학 요소 기판에 크랙 등의 손상을 일으키지 않고 기판 매질에 비해 굴절률이 큰 스팟을 형성할 수 있는 에너지 밀도를 조사하여 형성될 것이다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 포토마스크는 기판 매질 내에 회절 어레이를 포함하여 노광 과정에 의해 웨이퍼 상에 패턴을 전사할 때, 웨이퍼 상에 프린트된 패턴들의 위치에 상관없이 임계 치수가 균일해지도록 할 것이다. 회절 어레이는 포토마스크의 후면에 입사되어 각 마스크 패턴에 입사하는 조명 강도 분포를 미세하게 변화시킴으로써 웨이퍼 상에 프린트된 패턴들의 임계 치수가 균일해지도록 할 것이다. 이는 웨이퍼 상에 프린트되는 패턴들의 임계 치수가 조명 강도(또는 노광 도우즈)에 따라 변화될 수 있다는 점에 근거한다. 조명 강도 분포는 회절 어레이를 구성하는 스팟들의 밀도를 조절함으로써 용이하게 조절할 수 있을 것이다. 이 때, 회절 어레이를 구성하는 스팟들의 밀도 조절로 조명 세기 분포를 대략 50% 정도까지 변화시킬 수 있으나, 대략 2-20% 범위 내에서 변화시켜 조명 광학계의 기본 구조는 유지하도록 하는 것이 바람직하다. Optical devices in accordance with embodiments of the present invention will include a diffractive array of various shapes within the substrate medium to vary the intensity, shape and / or component of the illumination incident on the backside of the substrate and passing through the substrate. The diffraction array included in the substrate medium of the optical apparatus according to the embodiments of the present invention may be formed by irradiating an energy density capable of forming a spot having a larger refractive index than the substrate medium without causing damage such as cracks to the optical element substrate. will be. In particular, the photomask according to an embodiment of the present invention includes a diffraction array in a substrate medium, so that when the pattern is transferred onto the wafer by an exposure process, the critical dimension is uniform regardless of the position of the printed patterns on the wafer. Will lose. The diffraction array will slightly change the illumination intensity distribution incident on the backside of the photomask and incident on each mask pattern so that the critical dimensions of the patterns printed on the wafer are uniform. This is based on the fact that the critical dimensions of the patterns printed on the wafer may vary with illumination intensity (or exposure dose). The illumination intensity distribution may be easily adjusted by adjusting the density of the spots constituting the diffraction array. At this time, the illumination intensity distribution can be changed by approximately 50% by adjusting the density of the spots constituting the diffraction array, but it is preferable to change it within about 2-20% to maintain the basic structure of the illumination optical system.
포토마스크에 의해 웨이퍼 상에 프린트된 패턴들의 CD 차이는 어떤 특정한 경향으로만 나타나는 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 포토마스크에서는 불특정한 CD 차이 분포에 대응하여 포토마스크의 각 섹션별로 서로 다른 스팟 밀도를 가지는 복수개의 회절 어레이들을 포함하여 각 섹션별로 마스크 패턴에 입사되는 조명 강도가 달라지도록 하여 웨이퍼 상에 프린트되는 패턴들 사이에 CD 선폭 편차가 발생하는 것을 보정할 것이다. The CD difference of the patterns printed on the wafer by the photomask does not appear only in any particular trend. Therefore, in the photomask according to the embodiments of the present invention, the illumination intensity incident on the mask pattern for each section includes a plurality of diffraction arrays having different spot densities for each section of the photomask in response to an unspecified CD difference distribution. Will be corrected so that CD linewidth deviations occur between the patterns printed on the wafer.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 포토마스크는 회절 어레이를 마스크 패턴 과 인접한 위치에 포함함으로써 글로벌한 균일도 및 국지적인 균일도 모두를 달성할 수 있을 것이다. In addition, the photomask according to the embodiment of the present invention may achieve both global uniformity and local uniformity by including the diffraction array in a position adjacent to the mask pattern.
또, 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크는 경사 입사 조명이 가능하도록 하는 회절 어레이를 포함할 것이다. 특히 다양한 패턴의 레이아웃에 적합하도록 하는 2 개 이상의 변형 조명이 가능하도록 할 것이다. In addition, a photomask according to another embodiment of the present invention will include a diffraction array to enable oblique incident illumination. In particular, it will be possible to have two or more modified illuminations that are suitable for the layout of various patterns.
본 발명에서 지칭하는 광학 장치는 다양한 광학 시스템에 적용되는 포토마스크, 렌즈, 어퍼쳐 등을 모두 통칭하는 용어로 사용한다. The optical device referred to in the present invention is used as a generic term for photomasks, lenses, apertures, and the like applied to various optical systems.
그리고, 본 발명에서 회절 어레이라 함은 어레이를 구성하는 스팟들의 규칙적인 배열뿐만 아니라 불규칙적인 배열을 모두 포함하는 의미로 사용한다. 그리고, 1층 이상의 다층 어레이도 포괄하는 의미로 사용한다. In the present invention, the diffraction array is used to mean not only a regular arrangement of spots constituting the array but also an irregular arrangement. In addition, the multilayer array of one or more layers is also used by the meaning encompassing.
본 발명의 포토마스크는 다양한 미세 전자 소자의 제조에 적용되는 마스크이다. 미세 전자 소자로는 DRAM, SRAM, 플래시 메모리 소자 등의 고집적회로 반도체 메모소자, CPU(Central Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor), CPU와 DSP의 조합 등의 프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), MEM's(Micro Electro Mechanical) 소자, 광전자(optoelectronic) 소자, 디스플레이 소자(display device) 등이 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하다. 그리고, 이하 설명에서는 미세 전자 소자 기판의 일 예로 웨이퍼를 들어 설명한다.The photomask of the present invention is a mask applied to the manufacture of various microelectronic devices. Microelectronic devices include highly integrated circuit semiconductor memo devices such as DRAM, SRAM and flash memory devices, central processor units (CPUs), digital signal processors (DSPs), processors such as a combination of CPUs and DSPs, and application specific integrated circuits (ASICs). , MEM's (Micro Electro Mechanical) devices, optoelectronic devices, display devices, and the like, but these are merely exemplary. In the following description, a wafer is described as an example of a microelectronic device substrate.
본 명세서에서 "샷(shot)" 이란 포토마스크를 한번에 스캔하여 웨이퍼 상에 전사되어 프린트되는 패턴들의 전체를 지칭한다. As used herein, "shot" refers to the entirety of the patterns that are transferred and printed on the wafer by scanning the photomask at once.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 광학 장치들을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, optical devices according to embodiments of the present invention will be described in more detail.
포토마스크Photomask
도 3a는 본 발명에 따른 포토마스크의 제1 실시예(30)의 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 포토마스크(30)의 일부를 사용하여 노광할 경우 웨이퍼 상에 프린트되는 패턴의 CD를 나타내는 개략도이다. 3A is a plan view of a
도 3a를 참조하면, 포토마스크(30)는 노광광에 대하여 투명한 기판(31)에 형성되고 셀 어레이 영역(33)과 주변회로 영역(32)을 구비하는 칩 영역(34)으로 구성된다. 칩 영역(34)에 전자 소자 기판 상으로 전사될 마스크 패턴(37)들이 배치된다. 칩 영역(34) 외부에는 다양한 형태의 얼라인먼트 키(35)들이 배치되며, 칩 영역(34) 외주면을 따라서 레지스트레이션(registration) 측정용 키(36)들이 배치된다. Referring to FIG. 3A, the
도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 포토마스크(30)는 전면(31FS)과 후면(31BS)을 구비하는 포토마스크 기판(31)을 포함한다. 기판(31)은 노광 조명(40)에 대해 투명한 재질, 예컨대, 석영 또는 유리 등으로 형성된다. Referring to FIG. 3B, the
포토마스크 기판(31)의 전면(31FS)에는 미세 전자 소자 형성을 위해 미세 전자 소자 기판으로 전사될 마스크 패턴(37)이 형성된다. 마스크 패턴(37)은 크롬 등의 100% 차광막 패턴 또는 하프톤 차광막 패턴 등으로 구성될 수 있다. 또, 마스크 패턴(37)은 차광막 패턴과 기판(31)의 일부를 식각하여 노광광의 위상 쉬프트가 일어나도록 하는 위상 쉬프트 투광 영역의 조합으로 이루어져서 포토마스크(30)가 위상 쉬프트 마스크가 되도록 할 수도 있다. A
포토마스크 기판(31)의 매질 내에는 회절 어레이들(38a, 38b)이 형성되어 있다. 회절 어레이들(38a, 38b)은 포토마스크(30)의 후면(31BS)에 입사되어 마스크 패턴(37)으로 향하는 조명(40)이 회절 효과에 의해 상쇄 간섭되어 조명 강도가 감소하도록 하는 기능을 한다. 회절 어레이들(38a, 38b)은 기판(31) 매질의 고유 특성에 영향을 미치지 않아야 하며 노광 조명에 대해서 크랙(crack)으로 작용해서도 안된다. 따라서, 회절 어레이들(38a, 38b)은 기판(31) 매질이 용융 및/또는 증발되지 않고 굴절률이 변화하도록 하는 에너지 밀도를 가지는 에너지를 조사하여 형성한 스팟(39)들의 어레이인 것이 바람직하다. 따라서, 회절 어레이들(38a, 38b)은 펨토 초(femto second) 레이저 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 펨토 초 레이저는 펄스 방사 시간(pulse duration time)이 10-15 m/s로 에너지의 발진 밀도가 매우 크다. 일반적으로 1mJ의 광 에너지를 가지고 100 펨토 초 이하의 펄스 방사 시간을 가지는 레이저 빔의 에너지 밀도는 대략 106-107 W/㎠ 수준에 달한다. 따라서, 펨토 초 레이저를 마스크 기판에 방사하면 기판(31) 매질 내에서 아발란치 포톤 흡수(avalanche photon absorption) 및 이온화(ionization) 즉, 멀티 포톤 현상이 발생한다. 멀티 포톤 현상에 의해 매질 내의 일정 부분이 용융 및/또는 증발하지 않고 플라즈마 형태가 된다. 플라즈마의 높은 온도는 엄청난 압력을 유발하고 높은 속도로 이온이 팽창하도록 한다. 그런데, 펄스 방사 시간이 포톤이 주위의 구성 격자에 열을 전달하는 시간보다 짧으므로 급속히 냉각되는 플라즈마와 주변의 냉(cold) 매질간의 충격 웨이브(shock wave)로 인해 매질과는 완전히 몰폴로지가 다르게 냉각된 스팟(39)이 생성된다. 스팟(39)은 기판 매질(31)에 비해 굴절률이 크므로, 회절 효과를 유발하게 된다. Diffraction arrays 38a and 38b are formed in the medium of the
즉, 포토마스크(30)를 투과하는 조명의 강도는 회절 어레이들(38a, 38b)을 투과하면서 변형되게 된다. 변형된 조명 강도 분포(42)는 포토마스크(30)의 기판(31)의 전면(31FS)에 형성되어 있는 마스크 패턴(37)에 입사하여 마스크 패턴(37)의 이미지를 웨이퍼(50) 상으로 전사한다. 이때, 변형된 조명 강도 분포(42)로 인해 각 마스크 패턴(37)에는 각기 다른 강도의 조명이 입사된다. 따라서, 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 경우(도 1)와 달리 웨이퍼(50) 상에 보정전 CD(51)에서 보정후 프린트된 패턴들(52)의 CD 분포로 웨이퍼(50) 상에서의 샷 균일도가 개선된다. That is, the intensity of the illumination passing through the
한편, 포토마스크(30)에 의해 웨이퍼 상에 프린트된 패턴들의 CD 차이가 불규칙하게 나타나는 경향이 있으므로, 포토마스크에서의 불규칙한 CD 분포를 효과적으로 해결하기 위해서 포토마스크(30)를 복수개의 섹션들(또는 메쉬들)로 나눈다. 각 섹션별로 입사되어야 하는 조명 강도가 다르므로, 회절 어레이들도 서로 다른 형태로 형성되게 된다. 도 3b에서는 제1 회절 어레이(38a)가 형성되는 제1 섹션, 회절 어레이가 없는 제2 섹션 및 제2 회절 어레이(38b)가 형성되는 제3 섹션이 예시적으로 도시되어 있다. 제1 회절 어레이(38a)의 밀도가 제2 회절 어레이(38b) 밀도보다 작다. 밀도는 동일 크기의 스팟(39)을 피치를 달리하여 형성함으로써 조절할 수 있다. 그 결과, 회절 어레이가 없는 제2 섹션을 통과하는 조명의 강도가 가장 크고 제2 회절 어레이(38b)를 통과하는 조명의 강도가 가장 작고 제1 회절 어레이(38a)를 통과하는 조명의 강도가 두 값의 중간 값이 된다. 그 결과 조명 강도 분 포가 변화된 조명(42)이 마스크 패턴(37)을 통과하여 웨이퍼(50)상으로 전사되면 종래의 불균일한 CD(점선)(도 1 참조)와 달리 균일한 CD(실선)의 패턴(52)이 웨이퍼(50) 상에 프린트된다.On the other hand, since the CD difference of the patterns printed on the wafer by the
한편, 동일한 변형 조명 효과를 얻을 수 있도록 변형된 제1 및 제2 회절 어레이를 구비하는 변형마스크들이 도 3b의 우측에 도시되어 있다. 제1 변형 마스크(30')의 경우에는 제1 회절 어레이(38a')와 제2 회절 어레이(38b')를 동일 피치의 스팟(39)으로 형성하되, 제2 회절 어레이(38b')를 다층 어레이로 형성함으로써 동일한 변형 조명 효과를 얻을 수 있다. 제2 변형 마스크(30")의 경우에는 제1 회절 어레이(38a")를 구성하는 스팟(39)과 제2 회절 어레이(38b")를 구성하는 스팟(39')의 크기를 달리함으로써 동일한 변형 조명 효과를 얻을 수 있다.On the other hand, deformation masks having the first and second diffraction arrays modified to obtain the same modified illumination effect are shown on the right side of FIG. 3B. In the case of the first modified mask 30 ', the first diffraction array 38a' and the second diffraction array 38b 'are formed as
푸리에 광학(fourier optics)에 따르면 포토마스크(30) 상의 위치에 따른 패턴(37)의 형태가 f(x)로 주어지면, 포토마스크를 통과한 후 퓨필(pupil)로 투영되는 에너지 필드 분포(electric field distribution)는 g(k)=F{f(x)}로 표시된다. 즉, 포토마스크와 퓨필에서의 에너지 필드 분포는 서로 푸리에 트랜스폼 관계에 있다. 따라서 조명 조건(illumination condition)의 변화는 푸리에 트랜스폼에 근거하여 설명할 수 있다. According to Fourier optics, if the shape of the
제1 회절 어레이(38a)를 예로 들어 보다 구체적으로 조명 조건의 변화를 설명한다. 포토마스크 기판(31) 매질 내의 회절 어레이(38a)에 의한 조명 조건의 변화는 회절 어레이가 없는 원래의 조명 조건과 제1 회절 어레이(38a)에 의한 푸리에 스펙트럼(파워 스펙트럼)의 컨벌루션(convolution)으로 기술할 수 있다. Taking the first diffraction array 38a as an example, the change in illumination conditions will be described in more detail. The change in illumination conditions by the diffraction array 38a in the
이 때, 제1 회절 어레이(38a)의 스팟(39)을 통과하는 빛의 위상이 180°쉬프트된다고 가정하면, 도 4a에 도시되어 있는 바와 같이 제1 회절 어레이(38a)는 패턴(I)과 패턴(II)의 컨벌루션으로 표시할 수 있고, 패턴(I)은 다시 도 4b와 같이 해석될 수 있다. 따라서, 소정 직경(d)의 스팟(39)들이 소정 피치(p)로 어레이된 제1 회절 어레이(38a)에 의한 푸리에 스펙트럼(파워 스펙트럼)은 하기 수학식 1과 같이 구해진다. At this time, assuming that the phase of light passing through the
E(에너지 필드)를 제곱하면 하기 수학식 2와 같이 웨이퍼(50) 상에 전달되는 조명 강도(illumination intensity)가 된다. When E (energy field) is squared, it becomes an illumination intensity transmitted on the
위 식으로부터 고차항 회절 성분(high order diffraction term)이 없고 스팟(39)의 밀도(d2/p2)가 작으면, 상기 근사화된 식을 적용할 수 있으며, 최대 조명 강도 감소는 스팟(39) 밀도(d2/p2)의 4배까지 가능함을 알 수 있다. 그러나, 실제 노광시에는 고차항 회절 성분이 0이 될 수 없으므로, 스팟(39) 밀도(d2/p2)에 대한 조명 강도 하강(illumination intensity drop)의 기울기는 4보다는 작게 된다. If there is no high order diffraction term from the above equation and the density (d 2 / p 2 ) of the
결론적으로, 조명 강도를 떨어뜨리기 위해서는 스팟(39)의 밀도(d2/p2)를 증가시켜야 함을 알 수 있다. 밀도(d2/p2)는 스팟(39)의 직경(d)과 피치(p)를 상대적으로 변화시켜 결정할 수 있다. 그런데, 스팟(39)의 직경(d)이 작아질수록 회절 효과가 커지게 되고 고차항 회절 성분의 값이 작아지게 된다. 또, 스팟(39)의 직경(d)이 작아질수록 조명계의 퓨필 형상(pupil shape) 변화에 미치는 영향이 작다. 따라서, 스팟(39)의 직경(d)은 최소로 하고 피치(p)를 조절함으로써 스팟(39)의 밀도(d2/p2)를 조절하는 것이 조명 강도 조절의 민감도(sensitivity) 측면에서 바람직하다. In conclusion, it can be seen that the density (d 2 / p 2 ) of the
한편, 본 발명에 따른 포토마스크(30)를 사용할 경우 CD 편차 보정의 정밀도가 향상된다. 도 5를 참조하면, 노광원으로 248nm 파장의 KrF 엑시머 레이저를 사용하고, 개구수(NA)가 0.7이고, 0.55σ 내지 0.85σ를 사용하는 애뉼러 형태의 퓨필(13)을 적용하며 1/4 축소 투영(M=4) 노광 장치에 적용되며 두께(t1)가 6.35mm인 포토마스크(30)의 경우를 예로 들어 설명한다. 이 때, 점선으로 도시한 바와 같이 스팟(39')이 포토마스크(30) 기판의 후면(31BS)에 존재한다면, 공간 해상도는 하기 수학식 3으로 주어진다.On the other hand, when the
상기 식에 NA = 0.7, σouter = 0.85, M = 4 , nqz = 1.5, t = 6.35mm 를 각각 대입하면, SR = 1.26 ㎜ 가 된다. Substituting NA = 0.7, sigma outer = 0.85, M = 4, n qz = 1.5, and t = 6.35 mm in the above formula yields SR = 1.26 mm.
도 3a에서 셀 어레이 영역(33)의 거리(D2)가 약 0.8㎜이고 주변 회로 영역(32)의 거리(D1)가 약 0.2㎜ 정도이므로, 이 정도의 SR로는 셀 어레이 영역(33)과 주변 회로 영역(32)을 구분하여 CD 편차를 보정할 수가 없다. In FIG. 3A, since the distance D2 of the
반면, 스팟(39)이 기판(31)의 매질 내에 형성되어 기판(31)의 전면(31FS)으로부터 소정 두께(t2)되는 지점에 존재하면 공간 해상도(SR)는 현저히 향상된다. On the other hand, if the
t2가 150㎛ 되는 지점을 예로 들면, SR은 29.8㎛가 된다. 이는 기판(31) 후면(31BS)에 존재할 경우보다 공간 해상도(SR)가 약 42배 정도 향상된다. Taking the point where t2 is 150 mu m as an example, the SR becomes 29.8 mu m. This improves the spatial resolution SR by about 42 times than when the
따라서, 포토마스크(30)의 기판(31) 매질 내에 회절 어레이를 구비할 경우, 셀 어레이 영역(33)과 주변 회로 영역(32)을 구분하여 CD 편차를 정밀하게 보정할 수 있을 뿐만 아니라 각 영역(33) 내에서도 미세하고 정밀한 보정이 가능하다. 이 때, 전체적인 CD의 균일도는 각 영역(33, 32)별 투과율 조절을 통해 최소 CD에 맞추어 보정함으로써 획득이 되므로, 전체 CD를 목표값에 맞추기 위해서는 전체적인 조명강도를 일률적으로 일정 수치만큼 올려서 노광하는 것이 바람직하다.Therefore, when the diffraction array is provided in the
도 6a는 본 발명에 따른 포토마스크의 제2 실시예(60)의 평면도와 이를 사용할 경우 웨이퍼 상에 구현되는 경사 입사 조명(72, 73)을 도시하는 개략도이고, 도 6b는 B-B' 선을 따라 자른 포토마스크(60)의 부분 단면도이다. FIG. 6A is a schematic diagram showing a top view of a
제2 실시예에 따른 포토마스크(60)는 기판(61) 매질 내에 애뉼러(72), 다이폴(73), 쿼드러폴 등의 OAI가 가능하도록 하는 회절 어레이(68)를 구비한다. 이 경우 회절 어레이(68)는 다층 어레이로 소정 그레이드(grade)를 가지는 어레이인 것 이 바람직하다. 미설명 부호 67은 마스크 패턴을, 61FS는 마스크 전면을, 61BS는 마스크 후면을 지칭한다. The
제2 실시예에 따른 포토마스크(60)는 그 자체에서 OAI가 구현되므로, 어퍼쳐를 사용할 경우에 발생하던 조명 강도의 감소 문제가 해결된다. 또, 회절 어레이(68)의 층 수 및 그레이드를 다양하게 조절하여 특정 지역의 패턴 유형에 적절한 OAI가 가능하도록 할 수 있다. 도 6a에 도시되어 있는 바와 같이 주변 회로 영역(62)에서는 애뉼러 형태의 경사 입사 조명(72)이 셀 어레이 영역(63)에서는 다이폴 형태의 경사 입사 조명(73)이 가능하도록 할 수 있다. 또, 도면에는 도시하지 않았으나, x, y, 그리고 대각선 방향 피치가 존재하는 경우에는 다이폴과 종래의 원형 조명의 조합, 쿼드러폴과 종래의 원형 조명의 조합이 가능하도록 하는 회절 어레이를 구비할 수도 있다. Since the OAI is implemented in the
또, 도면에는 도시하지 않았으나, 포토마스크 내에 경사 입사 조명이 가능하도록 하는 회절 어레이와 포토마스크를 투과하는 조명 강도를 조절하는 회절 어레이를 동시에 포토마스크 기판 매질 내에 포함할 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 조명 강도 조절을 위한 회절 어레이를 마스크 패턴에 보다 근접하도록 하고, 그 위에 경사 입사 조명이 가능하도록 하는 회절 어레이를 배치하는 것이 바람직하다. 조명강도 조절을 위한 회절 어레이는 마스크 패턴에 가능한 근접할수록 보다 정밀한 보정을 할 수 있으며, 경사 입사 조명의 경우 효과를 위해서는 어느 정도 마스크 패턴과의 거리가 필요하기 때문이다. In addition, although not shown in the drawings, the photomask substrate medium may include a diffraction array for enabling oblique incidence illumination in the photomask and a diffraction array for adjusting the illumination intensity passing through the photomask at the same time. In this case, it is preferable to arrange the diffraction array for adjusting the illumination intensity closer to the mask pattern, and to arrange the diffraction array on which the oblique incident illumination is possible. The diffraction array for controlling the intensity of illumination can be corrected as close as possible to the mask pattern, and the oblique incident illumination requires a certain distance from the mask pattern for the effect.
어퍼쳐Aperture (Aperture)(Aperture)
어퍼쳐는 노광 시스템의 조명 광학계에서 포토마스크 전단에 설치되어 포토마스크로 입사되는 조명의 수직성분(0 차광)을 차단하고 경사 입사 성분(+1차광 및/또는 -1차광)만이 입사되도록 하는 광학 장치이다. The aperture is installed in front of the photomask in the illumination optical system of the exposure system to block the vertical component (zero shielding) of the illumination incident to the photomask and to allow only the oblique incident component (+ first and / or -first order) to enter. Device.
본 발명에 따른 어퍼쳐는, 전면과 후면을 구비하며 조명에 대해 투명한 기판 및 기판의 매질 내부에 형성되어, 기판의 후면에 입사되어 기판을 투과하는 조명이 포토마스크에 경사 입사되도록 하는 회절 어레이를 포함한다. The aperture according to the present invention includes a diffraction array having a front surface and a rear surface and formed inside a substrate and a medium of the substrate, wherein the illumination incident on the rear surface of the substrate and passing through the substrate is obliquely incident on the photomask. Include.
어퍼쳐는 도 6b에서 마스크 패턴(67)이 없는 경우와 동일한 구성을 하게 되며, 회절 어레이(68)의 층 수 및 그레이드를 다양하게 조절하여 특정 지역의 패턴 유형에 적절한 OAI가 가능하도록 할 수 있다. 예컨대, 셀 어레이 영역의 패턴의 해상도를 향상시키기에 적합한 다이폴 조명이 가능하도록 하는 제1 회절 어레이와 주변 회로 영역의 패턴의 해상도를 향상시키기에 적합한 애뉼러 조명이 가능하도록 하는 제2 회절 어레이를 포함할 수 있다. 또, 종래의 원형+다이폴, 종래의 원형+쿼드러폴, 종래의 원형+애뉼러 등등 다양한 OAI가 가능하도록 하는 회절 어레이를 포함할 수 있다. 또는 도 7a와 같은 형태의 회절 어레이를 기판 매질 내에 구비함으로써 도 7b에 도시되어 있는 바와 같은 십자형 조명이 가능하도록 할 수도 있다. The aperture has the same configuration as in the case without the
맞춤형 렌즈Custom lenses
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌즈를 나타내는 단면도이다. 도 8은 프레넬 렌즈로 작용하는 렌즈의 단면도이다. 렌즈 기판(81) 내에 형성된 다층 회절 어레이(88a, 88b)에 의해 프레넬 렌즈가 구현된다. 8 is a cross-sectional view illustrating a lens according to an embodiment of the present invention. 8 is a cross-sectional view of the lens acting as a Fresnel lens. Fresnel lenses are implemented by
렌즈는 유리와 같은 무기물질의 면을 구면으로 곱게 갈아 물체로부터 오는 빛을 모으거나 발산시켜 광학적 상을 맺게 하는 물체를 통칭하는 용어로 사용한다. 한편, 광학적 상을 맺도록 형성되고 표면에 표면경도 강화와 난반사 방지를 위해 주로 실리카 계열의 무기물질이 도포된 플라스틱 렌즈 또한 포함한다. Lens is a term used to collectively refer to an object that makes an optical image by collecting or emitting light from an object by grinding the surface of an inorganic material such as glass into a spherical surface . On the other hand, it also includes a plastic lens formed to form an optical image and mainly coated with a silica-based inorganic material in order to strengthen the surface hardness and prevent diffuse reflection.
이하 본 발명의 실시예들에 따른 광학 장치의 일 예인 포토마스크의 제조 방법을 도 9 내지 도 12를 참고하여 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a photomask, which is an example of an optical device according to embodiments of the present invention, will be described with reference to FIGS. 9 to 12.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 먼저 % 도우즈 하강치 맵(% dose drop value map)을 구한다(S1). % 도우즈 하강치 맵을 구하는 과정(S1)은 도 10에 도시되어 있는 서브 단계들로 구성된다. 먼저 % 도우즈 하강치를 구하기 위한 변수들을 구한다(SS1). 도 10을 참조하면, 측정해야 할 변수는 원 패턴들의 CD 편차 분포 맵과 도우즈 래티튜드이다. 9 to 11, first, a% dose drop value map is obtained (S1). The process S1 of obtaining the% dose lowering map is composed of the sub-steps shown in FIG. First, the variables for calculating the% dose drop value are obtained (SS1). Referring to FIG. 10, the variables to be measured are the CD deviation distribution map and the dose latitude of the original patterns.
CD 편차 분포 맵은 마스크 패턴만이 형성되어 있는 포토마스크를 사용하여 웨이퍼 상에 마스크 패턴을 전사한 후, 웨이퍼 상에 프린트된 패턴들을 섹션(section)(또는 메쉬(mesh))들로 분할하고, 각 섹션에 대하여 CD들을 측정하여 구한다. 이 때 가장 작은 CD를 가지는 섹션을 기준으로 각 섹션별로 CD 편차(ΔCD)를 구한다. The CD deviation distribution map transfers the mask pattern onto the wafer using a photomask in which only the mask pattern is formed, and then divides the patterns printed on the wafer into sections (or meshes), Measure and obtain CDs for each section. At this time, the CD deviation (ΔCD) is calculated for each section based on the section having the smallest CD.
도우즈 래티튜드(ΔCD/Δ%도즈)는 CD 편차 분포 맵 측정시 사용한 노광 조건을 사용하되 노광 도우즈를 변화시켜 이러한 노광 도우즈의 변화에 따른 웨이퍼 상에 프린트된 패턴들의 CD 변화를 측정함으로써 구한다. 노광 도우즈 값들을 X축에 기재하고 웨이퍼 상의 임계 선폭 값들을 Y축에 도시하여 XY 평면에 표시되는 측정치들을 연결하는 직선의 기울기를 구한 후, 현재 노광 과정에 사용된 노광 도우 즈 값을 이 기울기와 곱하면, 그 결과 값이 도우즈 래티튜드에 해당되는 값이 된다. The dose latitude (ΔCD / Δ% dose) is obtained by using the exposure conditions used to measure the CD deviation distribution map, and by varying the exposure dose and measuring the CD change of the patterns printed on the wafer as the exposure dose changes. . After writing the exposure dose values on the X-axis and the critical line width values on the wafer on the Y-axis to find the slope of the straight line connecting the measurements displayed on the XY plane, the slope of the exposure dose value used in the current exposure process is obtained. If you multiply by, the result is the value corresponding to the dose latitude.
예를 들어, 도우즈 변화에 따른 CD 변화의 그래프의 기울기가 3.7㎚/mJ로 측정되고, 현재 노광 과정의 최적 노광 도우즈, 즉, 웨이퍼 상에 패턴을 전사하는 데 실제 사용된 노광 도우즈 값이 47.5mJ로 설정된 상태였다면, 현재 노광 과정의 도우즈 래티튜드는 3.7㎚/mJ ×47.5mJ/100 = 1.76㎚/Δ%도우즈가 된다. For example, the slope of the graph of CD change with dose change is measured at 3.7 nm / mJ and the optimal exposure dose of the current exposure process, i.e. the exposure dose value actually used to transfer the pattern onto the wafer. If the state was set to 47.5 mJ, the dose latitude of the current exposure process is 3.7 nm / mJ x 47.5 mJ / 100 = 1.76 nm / Δ% dose.
이어서, 상기 변수들을 사용하여 % 도우즈 하강치 맵을 구한다(SS2). 다음 식에 대입하면 % 도우즈 하강치가 구해진다. Subsequently, the% dose lowering map is obtained using the variables (SS2). Substitution of the following equation yields the% dose drop.
% 도우즈 하강치 = 도즈 래티튜드 × ΔCD% Dose Descent = Dose Latitude × ΔCD
상기 % 도우즈 하강치를 각 섹션들별로 구해서 % 도우즈 하강치 맵을 완성한다. 예를 들면, 도즈 래티튜드 값이 2㎚/%도즈이고, ΔCD가 30㎚라면 약 15%의 도우즈 떨어짐 값이 요구된다. The% dose lowering value is obtained for each section to complete the% dose lowering map. For example, if the dose latitude value is 2 nm /% dose and ΔCD is 30 nm, a dose drop value of about 15% is required.
다시 도 9를 참조하면, 구해진 % 도우즈 떨어짐 값 맵을 사용해서 각 섹션별로 회절 어레이 스팟 밀도를 구해서 회절 어레이 스팟 덴서티 맵을 구한다(S2).Referring back to FIG. 9, the diffraction array spot density map is obtained by obtaining the diffraction array spot density for each section using the obtained% dose drop value map (S2).
예를 들어 어느 한 섹션의 % 도우즈 하강치가 15%라면, 수학식 2에 의해 회절 어레이 스팟 밀도는 3.75가 된다. 이 때, % 도우즈 하강치와 조명 강도 하강치는 실질적으로 동일한 개념으로 사용한다. 이와 같은 방법으로 각 섹션별로 회절 어레이 스팟 밀도를 구하여 회절 어레이 스팟 덴서티 맵을 완성한다. For example, if the% dose drop of either section is 15%, the diffraction array spot density is 3.75 by
마지막으로 얻어진 회절 어레이 스팟 덴서티 맵에 따라 포토마스크 내에 회절 어레이를 구현한다(S3).Finally, a diffraction array is implemented in the photomask according to the obtained diffraction array spot density map (S3).
회절 어레이는 포토마스크 기판 매질이 용융 및/또는 증발되지 않고 굴절률이 변화하도록 하는 에너지 밀도를 가지는 에너지를 조사하여 스팟들을 형성함으로써 구현한다. 따라서, 회절 어레이는 도 12에 도시되어 있는 펨토 초 레이저를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 펨토 초 레이저는 레이저 발생부(100), 레이저 가공부(110), 제어부(120) 및 스테이지(130)로 구성된다. 먼저 제어부(120)에 의해 x축(↔) 및 y축(↕) 이동이 가능하도록 제어되는 스테이지(130) 위에 포토마스크(140)를 로딩한다. 이어서, 레이저 발생부(100)의 레이저 발생 장치(101)에서 펄스 방사 시간(pulse duration time)이 10-15 m/s 이고, 에너지 밀도가 대략 106-107 W/㎠ 수준인 펨토 초 레이저 빔(102)을 발생시킨다. 레이저 빔(102)은 레이저 가공부(110)의 셔터(111), 빔 익스팬더(112), 포커싱 렌즈(114) 등을 거쳐 스테이지(130) 상의 마스크 기판(140)에 조사된다. 그 결과 포토마스크 기판(140) 내에 스팟(139) 들이 형성된다. 이 때, 마스크 기판(140) 내에 형성되는 회절 어레이의 형태는 제어부(120)의 컴퓨터 등의 제어 장치(121)에 의해 제어된다. 123 및 125는 CCD 카메라이다. 예컨대, 제어 장치(121)에 입력되어 있는 스팟 덴서티 맵에 따라, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 각 섹션들(S11, S12, S13, S14)별로 서로 다른 스팟 밀도의 회절 어레이들을 구현한다. 도 11에 도시되어 있는 회절 어레이들은 스팟(39)의 직경(d)은 동일하게 하고 피치만 변경시킴으로써 밀도를 조절한 경우를 예시한다. 레이저 빔(102)의 포커싱을 조절함으로써 다층 회절 어레이를 구현할 수도 있다.The diffraction array is implemented by irradiating energy with an energy density that causes the photomask substrate medium to change in refractive index without melting and / or evaporating to form spots. Therefore, the diffraction array is preferably formed using the femtosecond laser shown in FIG. The femtosecond laser is composed of a
본 발명의 제조 방법에 따르면, 레이저의 조사만으로 간단하게 회절 어레이를 구현할 수 있으므로, 포토마스크 등의 광학 장치의 특성 보정 및 변형이 매우 용이하게 이루어질 수 있다. 특히, 포토마스크의 경우, 펠리클(pellicle) 등이 형성되어 있는 상태에서 그 특성 보정이 가능하다는 장점이 있다. According to the manufacturing method of the present invention, since the diffraction array can be implemented simply by irradiation of a laser, the characteristic correction and deformation of an optical device such as a photomask can be made very easily. In particular, in the case of the photomask, the characteristic correction is possible in the state that the pellicle (pellicle) or the like is formed.
본 발명은 이하의 비제한적인 실험예들을 통해 보다 자세히 설명될 것이다. 한편, 여기에 기재되지 않은 내용은 당업자라면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다. The invention will be explained in more detail through the following non-limiting examples. In addition, since the content which is not described here can be deduced technically enough by those skilled in the art, the description is abbreviate | omitted.
<실험예 1>Experimental Example 1
펨토 초 레이저에 의해 회절 어레이를 석영 기판 매질 내에 형성할 경우, 실질적인 조명 강도 변화가 있는지를 알아보기 위하여 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 하나의 석영 기판을 4 부분으로 나누어서 서로 다른 스팟 밀도로 회절 어레이를 구현하였다. When a diffraction array is formed in a quartz substrate medium by a femtosecond laser, one quartz substrate is divided into four parts and diffracted to different spot densities as shown in FIG. 13 to see if there is a substantial change in illumination intensity. The array was implemented.
그 결과 회절 어레이가 형성되지 않은 부분은 100% 투과율을 나타낸 반면, 저밀도, 제1 중간 밀도, 제2 중간 밀도 및 고밀도 순으로 투과율이 감소하였다. 이로써 회절 어레이를 형성함으로써 조명 강도를 감소시켜 최종적으로 투과율을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다. 또, 스팟 밀도에 비례하여 조명 강도의 감소가 가능함을 알 수 있었다. As a result, the portion where the diffraction array was not formed showed 100% transmittance, while the transmittance decreased in the order of low density, first intermediate density, second intermediate density, and high density. As a result, it was found that by forming the diffraction array, the illumination intensity can be reduced and finally the transmittance can be reduced. In addition, it was found that the illumination intensity can be reduced in proportion to the spot density.
<실험예 2>Experimental Example 2
도 14a에 도시되어 있는 바와 같이 포토마스크를 복수개의 섹션으로 구분한 후, 이 중 3개의 섹션을 선택하여 각 섹션별로 도 14b에 도시되어 있는 바와 같이 서로 다른 피치를 가지는 회절 어레이들을 형성한 후, 각각의 경우에 대하여 투과율을 측정하였다. After dividing the photomask into a plurality of sections as shown in FIG. 14A, three sections are selected to form diffraction arrays having different pitches as shown in FIG. 14B for each section. The transmittance was measured for each case.
그 결과가 도 14c에 도시되어 있다. 도 14c는 회절 어레이가 형성되지 않은 영역의 투과율을 1로 정규화한 투과율을 나타내는 그래프이다. 도 14c의 결과로부터, 스팟들의 피치가 감소할 수록, 즉 회절 어레이의 스팟 밀도가 증가할 수록 투과율이 감소함을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포토마스크는 예컨대, 도 15에 도시한 바와 같이 감광층을 패터닝하여 미세 전자 소자를 제조하는 데에 이용될 수 있다. 노광원(801)은 약 248nm의 파장을 가진 방사와 같은 패터닝 방사(803a)를 발생시킨다. 패터닝 방사(803a)는 포토마스크 기판(805b)의 체적 안에 회절 어레이(805a)를 가지는 포토마스크(805)를 통과한다. 마스크 패턴(805c)(예컨대 크롬 패턴)은 변형된 패터닝 방사(803b)를 이용해 미세 전자 소자 기판(807b) 상의 감광층(807a)으로 전사될 패턴을 정의한다. 그리고, 미세 전자 소자 기판(807b)은 척(809)을 이용해 노광원(801)과 포토마스크(805) 사이의 적당한 위치에 유지될 수 있다.
특히, 노광원(801)으로부터의 패터닝 방사(803a)는 (회절 어레이(805a)와 마스크 패턴(805c)을 가지는) 포토마스크(805)를 지나면서 변형된다. 예를 들어, 마스크 패턴(805c)은 감광층으로 전사된 패턴을 정의하고 회절 어레이(805a)는 마스크 패턴(805c)에 의한 회절로 야기되는 효과를 보상하는 어레이로 제공될 수 있다. 추가하거나 갈음하여, 회절 어레이(805a)는 하나 이상의 조명 조건(다이폴 조명 조건, 쿼드러폴 조명 조건, 애뉼러 조명 조건 및/또는 커스터마이즈드 조명 조건)을 제공하거나, 감광층(807a) 상에 홀로그래픽 패턴을 제공하거나, 혹은 프레넬 렌즈를 제공하거나, 혹은 다른 조명 세기를 제공할 수 있다. The result is shown in FIG. 14C. 14C is a graph showing transmittance normalized to 1 in the region where the diffraction array is not formed. It can be seen from the results in FIG. 14C that the transmittance decreases as the pitch of the spots decreases, that is, as the spot density of the diffraction array increases.
A photomask according to an embodiment of the present invention may be used to fabricate a microelectronic device by patterning a photosensitive layer, for example, as shown in FIG. 15. The
In particular, the patterned
본 발명에 따른 광학 장치는 기판 매질 내에 회절 어레이를 포함함으로써 이들을 투과하는 조명의 강도, 형상 및/또는 성분을 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 노광 시스템 또는 광학 시스템마다 다르게 요구되는 광학적인 특성을 만족시킬 수 있다. The optical device according to the invention can freely adjust the intensity, shape and / or components of the illumination passing therethrough by including diffractive arrays in the substrate medium. Therefore, it is possible to satisfy the optical properties required differently for each exposure system or optical system.
도면 및 실시예에서는, 본 발명의 전형적인 바람직한 실시예가 개시되었으며, 비록 특정한 용어를 사용하였지만, 이것들은 단지 일반적이고 묘사적인 의미로 사용된 것이지 후술되는 청구항에 의하여 정해지는 본 발명의 사상을 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.In the drawings and embodiments, exemplary preferred embodiments of the invention have been disclosed, although specific terms are used, these are merely used in a general and descriptive sense to limit the spirit of the invention as defined by the claims which follow. It is not used.
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