KR100304499B1 - Reflective mask for etching photograph and method for pattern-exposing semiconductor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 사진식각용 반사형 마스크 및 이를 사용한 반도체장치의 패턴노광 방법에 관한 것으로, 특히 반사형 마스크에 웨이퍼에 전사시킬 패턴을 구성시켜 이에 입사된 빛이 반사되어 웨이퍼상에 패턴이 전사되게 한 사진식각용 반사형 마스크 및 이를 사용한 반도체장치의 패턴노광방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reflective mask for photolithography and a pattern exposure method of a semiconductor device using the same. In particular, a pattern to be transferred to a wafer is formed on a reflective mask so that incident light is reflected so that the pattern is transferred onto a wafer. The present invention relates to a reflective mask for photolithography and a pattern exposure method of a semiconductor device using the same.
반도체 장치를 제조함에 있어서 패턴형성을 위한 리소그래피 기술은 반도체 디바이스를 제조할 때에 그 구조를 결정하는 프로세스에 사용되며 고집적화에 따라 점점 중요성이 높아지고 있다.In manufacturing semiconductor devices, lithographic techniques for pattern formation are used in the process of determining the structure when manufacturing semiconductor devices, and are becoming increasingly important as they become highly integrated.
리소그래피는 디바이스의 패턴 정보를 웨이퍼 상에 정확히 전달하는 기술로 웨이퍼 표면에 도포한 레지스트 상에 패턴 데이터대로 노광하고 현상 등의 레지스트 프로세스를 행하여 패턴을 형성하는 것이다. 연이은 다음 공정에서는 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭 또는 이온 주입 등이 행해지는 것이다.Lithography is a technology that accurately transfers pattern information of a device onto a wafer, and forms a pattern by exposing the resist onto the wafer surface as pattern data and performing a resist process such as development. In the next step, etching or ion implantation is performed using the resist pattern as a mask.
현재 반도체 집적회로 제조의 양산 레벨에 있어서의 리소그래피는 패턴 정보를 웨이퍼 상에 전달하는 데에 포토 마스크를 이용하고 있다. 즉 패턴 정보를 새긴 원판의 포토 마스크를 전자 빔을 사용하여 패턴을 제작하여 두고, 이것을 사용하여 노광방식으로 웨이퍼상에 패턴을 전사하는 방법이다.Lithography at the mass production level of semiconductor integrated circuit fabrication now uses photo masks to transfer pattern information onto wafers. In other words, a pattern is prepared by using an electron beam on a photomask of an original engraved with pattern information, and the pattern is transferred onto a wafer by exposure.
제1도는 상기 설명한 사진식각 기술의 예를 사시도를 보인 것으로 패턴을 형성할 기판 웨이퍼(5)에 포토 레지스트(4)를 도포하고 준비한 마스크(10)를 정렬시켜 두고 자외광선을 마스크에 형성된 패턴(12)을 통해 조사시켜 포토 레지스트층(4)이 광조사되도록 하여 패턴을 전사시킨다.FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of the photolithography technique described above. The photoresist 4 is applied to the substrate wafer 5 to form the pattern, and the prepared mask 10 is aligned, and the ultraviolet rays are formed on the mask ( 12) to irradiate the photoresist layer 4 with light, thereby transferring the pattern.
이때 사용된 마스크(10)는 투명한 석영 기판(2)과 이 위에 패턴을 갖는 크롬층(1)으로 구성되고 크롬층의 패턴은 이를테면 전자빔 노광장치를 사용하여, 설계된 패턴을 형성한다.The mask 10 used here consists of a transparent quartz substrate 2 and a chromium layer 1 having a pattern thereon, and the pattern of the chromium layer forms a designed pattern using, for example, an electron beam exposure apparatus.
요약하여, 상기와 같이 전자 빔등을 이용하며 석영기판(2)상의 크롬막(1)을 선택적으로 제거하여 일정한 형태의 패턴을 형성시키므로써 제작되는 마스크(10)를 노광장치에 장착하여 광원(3)으로 부터 나와 마스크 블레이드(6)를 통과한 자외광선을 조사하면 자외광선은 크롬이 남은 영역에서 반사되고 그 외의 영역에서 석영기판을 투과하여 렌즈(7)를 거쳐 기판 웨이퍼(5)상에 도포된 포토레지스트(4)에 조사되고, 포토레지스트는 감광성 물질이 포함되어 있으므로 빛의 조사여부에 따라 폴리머화 여부가 결정되므로 후속되는 현상작업에 의하여 마스크상의 패턴이 포토레지스트에 전사된다.In summary, as described above, by using the electron beam or the like and selectively removing the chromium film 1 on the quartz substrate 2 to form a pattern of a certain shape, the mask 10, which is manufactured, is mounted on an exposure apparatus to mount the light source 3. When irradiated with ultraviolet rays passing through the mask blade (6) out of the ultraviolet rays, the ultraviolet rays are reflected in the remaining region of chromium and transmitted through the quartz substrate in the other region, and applied on the substrate wafer (5) through the lens (7) The photoresist 4 is irradiated, and since the photoresist contains a photosensitive material, it is determined whether the light is polymerized or not, so that the pattern on the mask is transferred to the photoresist by a subsequent development.
여기서 마스크를 통과한 빛의 MTF(Modulation Transfer Function) 즉, 입사 전의 광의 모양과 통과후의 광의 모양변화를 나타내는 광전달 변조특성을 살펴보면 제1도에서 A부분에서의 마스크의 횡축방향 거리에 대한 이론적 MTFA는 제2(a)도와 같이 되어야 하나 실제로는 제2(b)도와 같이 마스크를 통과한 광에 대한 MTFA′는 도면과 같이 나타나며, 제1(b)도의 위치에서 즉, 웨이퍼 위에서의 광의 MTFB는 제2(c)도와 같이 나타난다.Here, the MTF (Modulation Transfer Function) of the light passing through the mask, that is, the light transmission modulation characteristics indicating the shape change of the light before the incident and the light after the pass is shown. A should be as shown in FIG. 2 (a), but in reality MTF A ' for light passing through the mask as shown in FIG. 2 (b) is shown as in the figure, and at the position of FIG. MTF B is shown in Figure 2 (c).
변조되어 나타나는 이유는 빛은 어떤 슬릿을 통과할 때 회절 현상이 생기기 때문이며, 슬릿의 크기가 적을수록 회절효과는 크게되기 때문이다.The reason for the modulation is that light is diffracted when passing through a slit, and the smaller the size of the slit, the larger the diffraction effect.
노광장치란 마스크에 있는 패턴을 웨이퍼에 그대로 전사시키기 위한 장치이므로 MTF가 이론치에 근사할 수록 좋은 것이다.The exposure apparatus is a device for transferring the pattern on the mask to the wafer as it is, so the closer the MTF is to the theoretical value, the better.
종래의 크롬마스크로는 광의 회절현상에 의해 MTF가 이론치에 못미치는 현상이 나타날 수 밖에 없는 구조이기 때문에 슬릿의 크기가 작아질수록 또는 미세패턴을 형성할 때 문제는 더욱 심각해지는 것이고, 더우기 광원에서 나오는 빛의 파장의 균일성이 약간만 변하여도 회절현상의 영향도가 커진다.Conventional chromium masks have a structure in which MTF is less than theoretical due to diffraction of light, so the problem becomes more severe when the size of the slit becomes smaller or when a fine pattern is formed. Even a slight change in the uniformity of the wavelength of the emitted light increases the effect of diffraction.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 빛을 투과시키는 광 투과형 마스크를 사용하지 않고 빛을 반사시켜 웨이퍼에 패턴을 전사시키는 광반사형 마스크를 제공하는 것이며, 이러한 본 발명의 광반사형 마스크를 사용하여 노광시키는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a light reflection mask which transfers a pattern onto a wafer by reflecting light without using a light transmission mask that transmits light. It is providing the method of exposing using the light reflection mask of this invention.
본 발명에 따른 슬릿을 갖지않는 반사형 마스크는 기판과, 이위에 형성한 패턴전사층으로 구성되고, 상기 패턴전사층은 웨이퍼에 전사시킬 패턴을 구성하는 고반사영역과 고흡수영역으로 이루어져 패턴전사층으로 입사되는 광을 선택적으로 반사시키도록 한것을 특징으로 한다.The reflective mask having no slit according to the present invention comprises a substrate and a pattern transfer layer formed thereon, wherein the pattern transfer layer is composed of a high reflection region and a high absorption region constituting a pattern to be transferred onto a wafer. And selectively reflect light incident on the layer.
본 발명의 상기한 구조의 마스크를 사용하여 노광하는 방법은 광원의 빛을 경사되게 받아 일정각도록 입사된 빛을 반사시키는 패턴정보를 갖는 마스크를 장입시키는 단계와, 상기 마스크를 통해 선택적으로 반사된 광의 진로가 웨이퍼를 향하도록 광진로 조정수단을 거쳐 반사시키는 단계와, 반사된 빛이 웨이퍼에 전달되도록 포커싱 렌즈를 통해 반사된 빛이 웨이퍼에 전달되는 단계로 이루어진다.The method of exposing using the mask of the above structure of the present invention comprises the steps of: loading a mask having pattern information reflecting light incident at a predetermined angle by receiving light from a light source, and selectively reflecting through the mask; And reflecting the light path through the optical path adjusting means so that the light is directed toward the wafer, and transmitting the light reflected through the focusing lens to the wafer so that the reflected light is transmitted to the wafer.
상기 노광방법을 진행하기 위해서 본 발명에서 제공하는 반도체 웨이퍼에 마스크의 패턴을 전사시키기 위한 노광장비에 있어서는 전사될 패턴이 형성된 마스크에 빛을 투사하는 조광장치와, 상기 조광장치로 부터 조사되는 빛을 형성된 패턴에 따라 반사시키는 마스크와, 상기 마스크에서 반사된 빛을 소정 각도로 굴절시키는 반사경과, 상기 반사경으로 부터 반사되어 오는 빛을 웨이퍼 상에 결상시키는 렌즈를 포함하여 구성된다.In the exposure apparatus for transferring the pattern of the mask to the semiconductor wafer provided by the present invention in order to proceed with the exposure method, a dimmer for projecting light onto the mask on which the pattern to be transferred is formed, and the light irradiated from the dimmer It comprises a mask for reflecting according to the formed pattern, a reflector for refracting the light reflected by the mask at a predetermined angle, and a lens for imaging the light reflected from the reflector on the wafer.
제1도는 종래의 마스크를 사용한 노광장치의 개략구성도.1 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus using a conventional mask.
제2(a)도 내지 제2도(c)는 제1도의 각 부위에 대한 광변조특성을 보인 그래프.2 (a) to 2 (c) are graphs showing light modulation characteristics of respective parts of FIG.
제3도는 본 발명에 따른 마스크에 대한 단면도.3 is a cross-sectional view of a mask according to the invention.
제4도는 제3도의 고흡수막의 구조를 보인 단면도.4 is a cross-sectional view showing the structure of the super absorbent film of FIG.
제5도는 제3도의 고반사막의 구조를 보인 단면도.5 is a cross-sectional view showing the structure of the high reflection film of FIG.
제6도는 본 발명의 마스크를 사용한 노광장치의 개략구성도이다.6 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus using the mask of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 마스크 11 : 기판10 mask 11 substrate
12 : 고반사영역 13 : 고흡수영역12: high reflection area 13: high absorption area
14 : 패턴전사층 19 : 광원14: pattern transfer layer 19: light source
20 : 반사경 21 : 포커싱 렌즈20: reflector 21: focusing lens
22 : 포토레지스트층 23 : 웨이퍼22 photoresist layer 23 wafer
다음에 본 발명의 마스크구조와 이를 사용한 노광방법 및 노광장치에 대해 첨부한 도면을 사용하여 보다 상세히 설명한다.Next, the mask structure of the present invention, an exposure method using the same, and an exposure apparatus will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
슬릿을 통한 광투과부가 선택된 위치에 형성된 일반적인 광투과형 크롬 마스크는 앞서 언급한 바와 같이 회절현상을 극복할 수 없으므로 이를 근본적으로 해결하도록 슬릿을 갖지않고 패턴을 전사시킬 수 있는 마스크를 본 발명에서 제공하고 있고, 이를 위해 빛을 반사시켜 패턴을 전사시키는 마스크를 제작한다.As the conventional light transmissive chrome mask formed at the selected position of the light transmitting portion through the slit cannot overcome the diffraction phenomenon as mentioned above, the present invention provides a mask capable of transferring a pattern without a slit to fundamentally solve the problem. For this purpose, a mask is produced to reflect the light to transfer the pattern.
본 발명의 마스크는 입사되는 빛을 반사시키는 고반사막과 빛을 흡수하는 고흡수막을 갖고있어 고반사막과 고흡수막은 웨이퍼에 전사시킬 패턴에 따라 적절히 배치되어 형성된다. 따라서 고반사막에 입사된 빛은 반사되어 웨이퍼상의 포토레지스트층으로 전달된다.The mask of the present invention has a high reflection film for reflecting incident light and a high absorption film for absorbing light, and the high reflection film and the super absorption film are appropriately disposed according to the pattern to be transferred to the wafer. Therefore, the light incident on the high reflection film is reflected and transferred to the photoresist layer on the wafer.
상기한 구조의 본 발명에 따른 마스크를 제작한 하나의 바람직한 실시예로서 마스크는 제3도에 보인 단면도와 같이 기판(11)과 이위에 형성한 패턴전사층(14)으로 구성되고 패턴전사층(14)은 패턴을 구성하는 고반사영역(12)과 고흡수영역(13)으로 이루어지고 있다. 이러한 구조의 본 발명 실시예에 따른 마스크(10)에 있어서, 기판(11)은 불투명한 절연기판으로서 이위에 막질을 형성하는데 적합한 것으로 선택하여 마련된 것이고, 상기 기판상에 형성되는 패턴전사층(14)의 형성에 있어서는 제4도와 제5도에 보인 바와 같이 하여 형성한다.As one preferred embodiment of fabricating the mask according to the present invention having the above-described structure, the mask is composed of the substrate 11 and the pattern transfer layer 14 formed thereon as shown in the cross-sectional view shown in FIG. 14 is composed of a high reflection area 12 and a high absorption area 13 constituting the pattern. In the mask 10 according to the embodiment of the present invention having such a structure, the substrate 11 is an opaque insulating substrate and is selected to be suitable for forming a film thereon, and the pattern transfer layer 14 formed on the substrate. ) Is formed as shown in FIG. 4 and FIG.
고흡수영역에 대한 단면도는 제4도에 보인바와 같으며, 고반사막에 대한 단면도는 제5도에 보인 바와 같다.A cross-sectional view of the superabsorbent region is as shown in FIG. 4, and a cross-sectional view of the high reflective film is shown in FIG.
제4도에 보인 고흡수막은 MgF2막(15)과, TiO2막(10)을 번갈아가며 적층하여 형성되고, 제5도에 보인 고반사막은 Ag와 Cr성분을 갖는 박막을 적층하여 고굴절률막(17) 또는 저굴절률막(18)을 교대로 배치하여 형성한다.The superabsorbent film shown in FIG. 4 is formed by alternately stacking the MgF 2 film 15 and the TiO 2 film 10. The high reflective film shown in FIG. 5 is formed by stacking a thin film having Ag and Cr components and having a high refractive index. It is formed by alternately arranging the film 17 or the low refractive index film 18.
이와 같이 형성되는 마스크는 이에 광을 입사시켜 선택적으로 반사된 반사광을 수집하여 그 광이 웨이퍼상에 코팅된 포토레지스트층에 조사되게 한다. 이러한 것을 실현하기 위한 장치의 일예를 제6도에 도시하였다.The mask thus formed enters light thereon to collect selectively reflected reflected light so that the light is irradiated onto the photoresist layer coated on the wafer. An example of an apparatus for realizing this is shown in FIG.
상기 설명한 본 발명에 따른 반사형 마스크(10)의 패턴전사층(14)은 웨이퍼가 놓인 쪽을 향하고 있으나 광원은 상기 마스크에 빛이 경사되게 입사시켜 반사될 수 있도록 광원(19)의 빛을 받을 수 있는 위치에 광원을 장치하고 도면에 예를 보인바와 같이 마스크에 엇갈리는 위치에 광원(19)을 위치시킨다.The pattern transfer layer 14 of the reflective mask 10 according to the present invention described above is directed toward the side on which the wafer is placed, but the light source receives the light from the light source 19 so that the light may be inclined and reflected by the mask. The light source is placed at a position where it can be positioned and the light source 19 is positioned at a position intersected with the mask as shown in the drawing.
입사각에 준하여 반사되는 빛은 광원에 대칭되는 위치에서 반사경(20)을 놓으면 반사경에는 패턴전사층에 설계된 상이 형성된다. 반사경(20)으로 부터 다시 반사된 빛은 경로를 웨이퍼쪽으로 바꾸어 포커싱 렌즈(21)를 거쳐 포토레지스트층(22)에 도달한다.When the light reflected by the incident angle is placed on the reflector 20 at a position symmetric to the light source, an image designed on the pattern transfer layer is formed on the reflector. The light reflected back from the reflector 20 turns the path toward the wafer and reaches the photoresist layer 22 via the focusing lens 21.
본 발명의 마스크와 광원의 적절한 배치에 따라서 반사경은 생략될 수 있고 중요한 것은 빛의 경사입사되어 패턴상을 반사시킬 수 있도록 각도를 잘 조정해야 하는 것이며, 이러한 데이타는 설계에 의해서 또는 실험적으로 정해질 수도 있다.Depending on the proper arrangement of the mask and the light source of the present invention, the reflector can be omitted and the important thing is to adjust the angle so that the light can be inclined and reflect the pattern image. Such data can be determined by design or experimentally. It may be.
본 발명의 마스크를 사용하여 노광하는 장치의 설명으로부터 본 발명에 의한 노광방식이 제공된다.The exposure method by this invention is provided from description of the apparatus which exposes using the mask of this invention.
노광장비는 반도체 웨이퍼에 마스크의 패턴을 전사시키기 위한 노광장비에 있어서, 전사될 패턴이 형성된 마스크에 빛을 투사하는 광원 또는 조광장치와, 상기 조광장치로 부터 조사되는 빛을 형성된 패턴에 따라 반사시키는 마스크와, 상기 마스크에서 반사된 빛을 소정 각도로 굴절시키는 반사경과, 상기 반사경으로 부터 반사되어 오는 빛을 웨이퍼 상에 결상시키는 렌즈를 포함하여 구성되고 있으며, 이를 사용하여 노광하는 과정을 살펴보면 광원의 빛을 경사되게 받아 일정각도록 입사된 빛을 반사시키는 패턴정보를 갖는 마스크를 장입시키는 단계와, 상기 마스크를 통해 선택적으로 반사된 광의 진로가 웨이퍼를 향하도록 광진로조정수단을 거쳐 반사시키는 단계와, 반사된 빛이 웨이퍼에 전달되도록 포커싱 렌즈를 통해 반사된 빛이 웨이퍼에 전달되는 단계로 이루어지고, 상기 마스크는 구조는 이미 앞서 설명한 바와 같다.An exposure apparatus for transferring a pattern of a mask onto a semiconductor wafer, comprising: a light source or a dimmer for projecting light onto a mask on which a pattern to be transferred is formed, and reflecting light emitted from the dimmer according to the formed pattern; It comprises a mask, a reflector for refracting the light reflected by the mask at a predetermined angle, and a lens for imaging the light reflected from the reflector on the wafer. Inserting a mask having pattern information reflecting light incident at a predetermined angle to receive light at an angle, and reflecting the light path through the optical path adjusting means so that the path of light selectively reflected through the mask is directed toward the wafer; The light reflected by the focusing lens is transferred to the wafer so that the reflected light is transmitted to the wafer. The mask is delivered, the structure of which is as described above.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 슬릿을 통과시키지 않으므로 회절현상이 발생하지 않아 MTF가 이론치와 거의 유사하게 되며 패턴이 작아지더라도 패턴전사는 더욱 유리하게 된다.As described above, according to the present invention, since the slit does not pass, diffraction does not occur, so that the MTF becomes almost similar to the theoretical value, and even if the pattern becomes small, pattern transfer becomes more advantageous.
더우기 광원에서 나오는 빛의 파장 균일성이 나빠질 경우에도 반사, 흡수막에서 조절되어 반사되므로 색수차 현상이 완전히 제거될 수 있다.Furthermore, even when the wavelength uniformity of the light emitted from the light source is deteriorated, chromatic aberration may be completely eliminated because it is controlled and reflected on the reflection and absorption layers.
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