KR20070002650A - Exposure mask - Google Patents
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Abstract
본 발명은 노광마스크에 관한 것으로, 이중노광을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 하나의 노광마스크 전면에 차광패턴을 형성하고 배면에 라인/스페이스 패턴을 구비하여 일정거리 이동시키며 노광공정을 실시하여 소자의 특성 열화없이 이중노광의 특성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다. The present invention relates to an exposure mask, in order to facilitate the double exposure, forming a light shielding pattern on the entire surface of one exposure mask and having a line / space pattern on the back to move a predetermined distance by performing an exposure process It is a technology that improves the characteristics of the double exposure without deteriorating the characteristics of the device and thereby enables high integration of the semiconductor device.
Description
도 1a 내지 도 1c 는 일반적인 이중 다이폴 리소그래피 ( double dipole lithograph ) 공정의 개념도.1A-1C are conceptual diagrams of a typical double dipole lithograph process.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따라 형성된 노광마스크.2 is an exposure mask formed according to a first embodiment of the present invention.
도 3 은 상기 도 2 에서의 광원 변화를 도시한 평면도.FIG. 3 is a plan view showing a light source change in FIG.
도 4a 내지 도 4c 는 본 발명의 제2실시예에 따른 노광마스크와 그에 따른 노광모드를 도시한 평면도.4A to 4C are plan views illustrating an exposure mask and an exposure mode according to a second embodiment of the present invention.
도 5 는 상기 도 4a 및 도 4b의 노광마스크를 이용하여 노광공정으로 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 도시한 평면도.FIG. 5 is a plan view illustrating a pattern formed on a wafer in an exposure process using the exposure masks of FIGS. 4A and 4B.
본 발명은 노광마스크에 관한 것으로, 반도체소자의 고집적화에 따른 리소그래피 공정시 이중노광 공정을 이용하여 공정 능력을 향상시킬 수 있도록 하고 그에 따른 실용성을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure mask, and is a technique for improving process capability by using a double exposure process in a lithography process according to high integration of a semiconductor device and thus improving practicality.
일반적으로, 반도체소자의 제조 공정중 리소그래피공정은 소정의 패턴을 반도체기판 상에 형성하는 여러가지 노광장치를 사용하고 있다. Generally, the lithography process in the manufacturing process of a semiconductor element uses the various exposure apparatus which forms a predetermined pattern on a semiconductor substrate.
최근에는, 반도체소자의 고집적화에 따라 마스크 또는 레티클 (이하, 「레티클」 이라 총칭함) 에 형성된 미세패턴을 투영광학계를 통해 포토레지스트가 도포된 기판 상의 복수의 쇼트영역에 비교적 높은 쓰루풋으로 정밀도 좋게 전사 가능한 스텝·앤드·리피트 방식의 축소투영노광장치 (소위 스테퍼) 나, 이 스테퍼를 개량한 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광장치 (소위 스캐닝·스테퍼) 등의 순차이동형의 투영노광장치가 주로 사용되고 있다.Recently, in accordance with high integration of semiconductor devices, fine patterns formed on masks or reticles (hereinafter, collectively referred to as "reticles") are accurately transferred to a plurality of shot regions on a photoresist-coated substrate through a projection optical system with relatively high throughput. Sequentially moving projection exposure apparatuses such as a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus (so-called stepper) that can be used, or a step-and-scan scanning exposure apparatus (so-called scanning stepper) that improves the stepper are mainly used. It is used.
이와 같은 투영노광장치를 구성하는 투영광학계의 해상력은, 레이리 ( Rayleigh ) 식으로 잘 알려져 있는 바와 같이, R = k1 × λ/NA 의 관계로 표현된다. 여기서, R 은 투영광학계의 해상력, λ 는 광원의 파장, NA 는 투영광학계의 개구수, k1 은 포토레지스트의 해상력이나 그 외의 프로세스에 의해 결정되는 정수이다. The resolution of the projection optical system constituting such a projection exposure apparatus is expressed by the relationship of R = k1 x lambda / NA, as is well known by the Rayleigh equation. Here, R is the resolution of the projection optical system, λ is the wavelength of the light source, NA is the numerical aperture of the projection optical system, k1 is an integer determined by the resolution of the photoresist or other processes.
따라서, 투영광학계의 해상력을 향상시키기 위해서는, 개구수 NA 를 크게 하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 투영광학계의 초점심도 ( depth of focus, DOF ) 는, 비교정수를 k2 로 하여, DOF = k2·λ/(NA)2 으로 표현되므로, 단순히 개구수(NA)를 크게 하는 것으로는 DOF 가 너무 얕아지는 경우가 있다. Therefore, in order to improve the resolution of the projection optical system, it is conceivable to increase the numerical aperture NA. In addition, since the depth of focus (DOF) of the projection optical system is expressed as DOF = k2 · λ / (NA) 2 with a comparison constant of k2, DOF is simply achieved by increasing the numerical aperture NA. It may become too shallow.
한편, 상기 레이리 식에서 보여지는 바와 같이 미세 패턴 구현을 위해서는, 짧은 파장을 사용하여 마스크에서 회절되는 회절각을 줄임으로써 렌즈로 1차광을 많이 투사할 수 있도록 만드는 방법이나, 1차광 정보를 많이 포함시킬 수 있도록 렌즈의 구경 즉 NA를 키우는 방법이 있다. On the other hand, in order to realize a fine pattern, as shown in the Rayleigh equation, a method of making a large amount of primary light into the lens by reducing the diffraction angle diffracted in the mask using a short wavelength, but includes a lot of primary light information There is a way to increase the aperture of the lens, or NA.
현재 NA를 키우는 방법은 계속 연구되고 있지만, 렌즈의 크기를 크게 하는 것은 렌즈 자체의 수차 ( aberration ) 등 다양한 이슈가 생길 수 있어 한계가 있는 실정이며, 설사 렌즈를 크게 만들 수 있는 경우도 패턴의 DOF 마진이 줄어들어 적절한 렌즈 크기가 필요하다. Currently, the method of increasing the NA is continuously studied, but increasing the size of the lens is limited due to various issues such as aberration of the lens itself, and even if the lens can be made larger, the pattern DOF Margins are reduced, so proper lens size is required.
따라서, 현재의 공정기술은 짧은 파장을 이용한 미세패턴 구현으로 기술이 개발되고 있는 중이다. Therefore, the current process technology is being developed to implement a fine pattern using a short wavelength.
최근에 많이 사용되는 KrF를 이용한 패턴 구현은 100 ㎚ 의 기술개발까지 이어지고 있는 중이나 그 이하의 패턴 구현을 위해 즉 90 ㎚ 이하의 미세 패턴 구현은 분해능 확보가 어려워 한계를 드러내고 있는 상황이다. The pattern implementation using KrF, which is widely used in recent years, is leading to the development of technology of 100 nm, but for the implementation of the pattern below that, the implementation of the fine pattern of 90 nm or less is difficult to secure the resolution.
일반적인 조명법을 이용하여 0차광과 ±1차광이 렌즈로 들어가게 하는 경우 패턴 크기가 작아지면 회절각이 커져 결국 ±1차광의 정보가 렌즈로 들어가지 않는 상황이 생길 수 있기 때문에, 사입사 조명을 통해 레티클로 입사되는 빛이 경사지게 입사하도록 하여 가능한한 ±1차광의 정보가 많이 들어가도록 함으로써 미세패턴을 구현한다.When the 0th and ± 1st order light enters the lens by using a general illumination method, since the diffraction angle increases as the pattern size decreases, the information of ± 1st order light may not enter the lens. The fine pattern is realized by allowing the light incident to the reticle to be inclined to enter as much information as possible in the first order light.
그러나, 반도체소자의 집적도가 보다 높아지는 ArF 나 KrF 의 광원을 이용한 리소그래피 공정이 어렵게 된다. However, a lithography process using a light source of ArF or KrF, which has a higher degree of integration of semiconductor devices, becomes difficult.
이를 극복하기 위하여 노광장비에 장착된 DOE ( diffractive optical element ) 에 회전식 다이폴 X ( X 축 방향의 다이폴 어퍼쳐 ) 및 다이폴 Y ( Y 축 방향의 다이폴 어퍼쳐 )를 장착하고 이를 이용한 이중 노광공정으로 미세패턴을 형성하였다. To overcome this, rotary dipoles X (dipole apertures in the X-axis direction) and dipoles Y (dipole apertures in the Y-axis direction) are mounted on the diffractive optical element (DOE) mounted on the exposure equipment, and the microscopic double exposure process is used. A pattern was formed.
도 1a 내지 도1c 는 종래기술에 따른 리소그래피 공정을 도시한 것으로, 도 1a 의 노광마스크 레이아웃과 노광모드로 1차 노광하고, 도 1b의 노광마스크 레이아웃과 노광모드로 2차 노광하여 도 1c 와 같이 웨이퍼 상에 패턴을 형성한 것이다. 1A-1C illustrate a lithographic process according to the prior art, with primary exposure in the exposure mask layout and exposure mode of FIG. 1A and secondary exposure in the exposure mask layout and exposure mode of FIG. 1B as shown in FIG. 1C. The pattern is formed on the wafer.
상기한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 노광마스크는, 이중노광을 위하여 두 장의 노광마스크를 이용하므로 매 웨이퍼의 노광시마다 마스크의 교체가 필요하여 통상의 리소그래피 방법 대비 두 배 이하의 쓰루풋 저하를 피할 수 없으며, 한 장의 마스크에 두 가지의 레이아웃을 동시에 삽입하여 동시에 노광이 이루어지도록 하는 방법은 두 노광이 동일한 노광모드로 이루어지므로 분해능 향상이 제한적이라는 문제점이 있다. As described above, since the exposure mask of the semiconductor device according to the related art uses two exposure masks for double exposure, it is necessary to replace the mask every exposure of the wafer, thereby avoiding a throughput reduction of less than twice that of the conventional lithography method. In the method of simultaneously inserting two layouts into one mask to simultaneously perform exposure, there is a problem in that the resolution is limited because the two exposures are made in the same exposure mode.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 후면과 전면 다른 패턴이 형성된 노광마스크를 이용하여 노광함으로써 이중노광공정의 효과를 제공하는 노광마스크를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is to provide an exposure mask that provides the effect of the double exposure process by exposing using an exposure mask having a pattern different from the rear surface and the front surface in order to solve the above problems of the prior art.
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 노광마스크는, In order to achieve the above object, the exposure mask according to the present invention,
석영기판 전면의 상측 및 하측에 제1차광패턴 및 제2차광패턴이 구비되고,The first light blocking pattern and the second light blocking pattern are provided above and below the front surface of the quartz substrate.
상기 석영기판 배면의 상측 및 하측에 제1 및 제2 라인/스페이스 패턴이 구비되되,First and second line / space patterns are provided above and below the quartz substrate,
상기 제1 및 제2 라인/스페이스 패턴의 방향이 서로 수직한 것과,The directions of the first and second line / space patterns perpendicular to each other,
상기 석영기판의 상측 및 하측은 같은 크기로 형성된 것과,The upper side and the lower side of the quartz substrate is formed of the same size,
상기 제1차광패턴은 행방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 두껍게 형성하고 열방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 얇게 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과,The first light shielding pattern may include forming a line pattern in a row direction thicker than a predetermined thickness and forming a column pattern in a column direction thinner than a predetermined thickness or vice versa,
상기 제2차광패턴은 행방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 얇게 형성하고 열방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 두껍게 형성하거나 그 반대로 형성하는 것과,The second light shielding pattern may include forming a line pattern in a row direction thinner than a predetermined thickness and forming a line pattern in a column direction thicker than a predetermined thickness or vice versa,
상기 제1 및 제2 라인/스페이스 패턴은 상기 제1 및 제2 차광패턴에서 예정된 두께보다 얇게 형성된 패턴과 같은 방향으로 형성하는 것을 특징으로 한다. The first and second line / space patterns may be formed in the same direction as a pattern formed thinner than a predetermined thickness in the first and second light blocking patterns.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2 및 도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 노광마스크와 노광공정시 광원의 모양을 도시한 것이다. 2 and 3 illustrate the shape of the light source during the exposure mask and the exposure process according to the first embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 노광마스크의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of an exposure mask according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 석영기판(13)의 상측에 크롬패턴(13)이 구비되고, 석영기판(13)의 배면이 식각되어 라인/스페이스 패턴(15)이 형성된다.Referring to FIG. 2, a
도 3 은 상기 도 2 의 노광마스크를 이용한 노광공정을 실시할 때 상기 노광마스크의 배면에서 입사되는 광원의 모양과, 전면에 차광패턴인 크롬패턴(13)이 구비되는 상기 노광마스크의 전면에서의 광원 모양을 도시한 평면도이다. 3 is a view showing a shape of a light source incident on a rear surface of the exposure mask when performing an exposure process using the exposure mask of FIG. 2, and a front surface of the exposure mask including a
이때, 노광공정시 노광마스크의 배면을 통과하는 광원은 애뉼러 ( annular ) 와 같은 형상으로 형성되고, 노광마스크의 전면을 투과되는 광원은 다이폴 ( dipole ) 형태를 갖는다. In this case, the light source passing through the back surface of the exposure mask during the exposure process is formed in an annular shape, and the light source transmitted through the entire surface of the exposure mask has a dipole shape.
도 4a 내지 도 4c 는 본 발명의 제2실시예에 따른 노광마스크 및 광원의 모 양을 도시한 것이다. 4A to 4C illustrate the shapes of the exposure mask and the light source according to the second embodiment of the present invention.
도 4a 는 노광마스크의 전면에 형성된 패턴을 도시한 평면도이다. 이때, 상기 노광마스크는 상측과 하측에 나누어 차광패턴인 제1크롬패턴(21) 및 제2크롬패턴(23)이 형성된 것이다. 4A is a plan view showing a pattern formed on the entire surface of the exposure mask. In this case, the exposure mask is formed on the upper side and the lower side to form the
이때, 상기 상측에 형성된 제1크롬패턴(21)은 행방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 두껍게 형성하고 열방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 얇게 형성한 것이다. At this time, the
상기 하측에 형성된 제2크롬패턴(23)은 행방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 얇게 형성하고 열방향의 라인 패턴을 예정된 두께보다 두껍게 형성한 것이다. The
한편, 상기 상측 및 하측은 같은 크기로 형성된 것이다. On the other hand, the upper side and the lower side is formed in the same size.
도 4b 는 상기 노광마스크의 배면을 도시한 평면도로서, 상측 및 하측으로 나누어 상기 상측과 하측이 수직한 방향으로 제1,2라인/스페이스 패턴(25,27)이 형성된 것이다. 이때, 상기 라인/스페이스 패턴은 상기 노광마스크를 형성하는 석영기판을 식각하여 트렌치 형태로 형성한 것이다. 4B is a plan view illustrating a rear surface of the exposure mask, in which first and second line /
여기서, 상기 상측의 제1라인/스페이스 패턴(25)은 상기 도 4a 의 상측에 형성된 제1크롬패턴(21)의 열방향 패턴과 같은 방향, 즉 얇게 형성된 제1크롬패턴(21)과 같은 방향의 라인/스페이스 패턴으로 형성된 것이다. Here, the upper first line /
상기 상측의 제2라인/스페이스 패턴(27)은 상기 도 4a 의 하측에 형성된 제2크롬패턴(23)의 열방향 패턴과 같은 방향, 즉 얇게 형성된 제2크롬패턴(21)과 같은 방향의 라인/스페이스 패턴으로 형성된 것이다. The upper second line /
한편, 상기 상측 및 하측은 같은 크기로 형성된 것이다. On the other hand, the upper side and the lower side is formed in the same size.
도 4c 는 상기 도 4a 및 도 4b 의 형상을 갖는 노광마스크를 이용한 노광공정시 노광마스크를 투과한 광의 모양을 도시한 평면도로서, 노광마스크의 상측 및 하측에서의 광원 모양을 도시한 것이다. 4C is a plan view illustrating the shape of light passing through the exposure mask during the exposure process using the exposure mask having the shapes of FIGS. 4A and 4B, and illustrates the shape of the light source on the upper side and the lower side of the exposure mask.
도 4c를 참조하면, 상기 노광마스크 배면에 구비되는 라인/스페이스 패턴에 각각 수직하는 방향의 다이폴 형태로 광원의 모양이 결정된다. Referring to FIG. 4C, the shape of the light source is determined in a dipole form in a direction perpendicular to the line / space pattern provided on the rear surface of the exposure mask.
물론, 이때, 입사되는 광원의 모양은 상기 도 3 과 같은 애뉼러 형태를 갖는다. Of course, at this time, the shape of the incident light source has an annular shape as shown in FIG. 3.
도 5 는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 노광마스크를 이용하여 웨이퍼 상의 감광막을 이중 노광하는 경우를 도시한 평면도이다. FIG. 5 is a plan view illustrating a case where the photosensitive film on the wafer is double-exposed using the exposure masks according to the first and second embodiments of the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 도 4a 및 도 4b 의 노광마스크를 이용하여 노광공정을 실시하되, 상측 또는 하측의 크기만큼 이동시키며 노광하여 상기 도 4c 의 상측 및 하측에 구비되는 노광모드인 광원 형태로 이중 노광한다. Referring to FIG. 5, an exposure process may be performed using the exposure masks of FIGS. 4A and 4B, and the exposure process may be performed by moving an upper or lower size and exposing the light source in an exposure mode provided at upper and lower sides of FIG. 4C. Double exposure.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 노광마스크는, 하나의 노광마스크를 이용한 이중노광 공정으로 리소그래피 공정의 해상도를 향상시키고 장비의 수명을 연장시키며 CD 균일성 및 DOF 마진을 향상시킬 수 있도록 함으로써 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하고 그에 따른 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.As described above, the exposure mask according to the present invention is a double exposure process using one exposure mask, thereby improving the resolution of the lithography process, extending the life of the equipment, and improving the CD uniformity and DOF margin. It provides the effect of enabling high integration and improving productivity accordingly.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라 면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, the preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and modifications are the following patents It should be regarded as belonging to the claims.
Claims (6)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20050630 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |