KR0135064B1 - Mask using polarizing layer and exposure method of semiconductor wafer using same - Google Patents
Mask using polarizing layer and exposure method of semiconductor wafer using sameInfo
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Abstract
본 발명의 편광층을 이용한 마스크 및 그를 이용한 반도체웨이퍼의 노광방법에 관한 것으로, 마스크는 회전 가능한 편광판이 설치된 노광장치를 이용하는 편광마스크에 있어서, 투명기판과, 상기 투명기판상에 형성된 제1편광 방향의 광과 제2편광 방향의 광을 각각 투과하는 제1 및 제2패턴과, 상기 제2패턴과 중첩되지 않는 상기 제1패턴의 영역에 형성된 제1편광층과, 상기 제1패턴과 중첩되지 않는 상기 제2패턴의 영역에 형성된 제2편광층을 포함하며; 노광 방법은 편광판이 설치되고 제1편광 방향의 광을 투과하는 제1패턴과, 제2편광 방향의 광을 투과하는 제2패턴과, 상기 제2패턴과 중첩되지 않는 상기 제1패턴의 영역에 형성된 제1편광층과, 상기 제1패턴과 중첩되지 않는 상기 제2패턴의 영역에 형성된 제2편광층을 가지는 마스크가 설치된 노광장치를 사용하여 반도체웨이퍼 상에 상기 제1 및 제2패턴을 전사시키는 반도체 웨이퍼의 노광방법에 있어서, 상기 편광판을 제1편광 방향으로 위치시키는 공정과, 상기 마스크를 이용하여 상기 제1패턴을 제1웨이퍼에 전사시키는 공정과, 상기 편광판을 제2편광 방향으로 위치시키는 공정과, 상기 마스크를 이용하여 상기 제2패턴을 제2웨이퍼에 전사시키는 공정을 포함한다.A mask using a polarizing layer of the present invention and a method of exposing a semiconductor wafer using the same, the mask comprising a transparent substrate and a first polarization direction formed on the transparent substrate in a polarizing mask using an exposure apparatus provided with a rotatable polarizing plate. First and second patterns transmitting light in the second polarization direction and light in the second polarization direction, a first polarization layer formed in an area of the first pattern not overlapping the second pattern, and not overlapping the first pattern. A second polarization layer formed in a region of the second pattern; The exposure method includes a first pattern having a polarizing plate and transmitting light in a first polarization direction, a second pattern transmitting light in a second polarization direction, and a region of the first pattern not overlapping the second pattern. Transferring the first and second patterns onto the semiconductor wafer using an exposure apparatus provided with a mask having a first polarization layer formed and a second polarization layer formed in a region of the second pattern that does not overlap the first pattern. A method of exposing a semiconductor wafer, comprising: positioning the polarizer in a first polarization direction, transferring the first pattern to the first wafer using the mask, and positioning the polarizer in a second polarization direction And transferring the second pattern to the second wafer by using the mask.
Description
제1도는 종래의 리소그래피공정을 실시하는 마스크 사용예를 보인 사시도.1 is a perspective view showing an example of using a mask for performing a conventional lithography process.
제2a도는 본 발명에 따라서 한장의 마스크로 제1패턴을 전사하는 것을 나타낸 마스크의 사시도.Figure 2a is a perspective view of a mask showing the transfer of the first pattern with a single mask in accordance with the present invention.
제3a도는 본 발명에 따라서 한장의 마스크로 제2패턴을 전사하는 것을 나타낸 마스크의 사시도이며,Figure 3a is a perspective view of a mask showing the transfer of the second pattern with a single mask in accordance with the present invention,
제2도 및 제3도 각각의 b도는 빛 투과를 예시적으로 보인 설명도이며,B and 2 of FIG. 2 and FIG. 3 are explanatory views showing light transmission as an example.
제4도는 본 발명의 마스크에 대한 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.4 is a perspective view showing another embodiment of the mask of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 크롬층 2 : 석영기판1: Chrome layer 2: Quartz substrate
3 : 입사 자외광선 4 : 포토레지스트3: incident ultraviolet light 4: photoresist
5 : 기판 웨이퍼 6 : 편광판 입사 자외광선5 substrate wafer 6 polarizing plate incident ultraviolet light
7 : 편광영역 8 : 편광판7: polarization area 8: polarizing plate
10, 11 : 마스크 12 : 패턴10, 11: mask 12: pattern
13 : 제1패턴 14 : 제2패턴13: first pattern 14: second pattern
17 : 패턴형성층17: pattern forming layer
본 발명은 반도체 장치의 패턴형성을 위한 사진식각기술에 사용되는 마스크에 관한 것으로, 특히 편광층을 사용하여 한장의 마스크에 적어도 2개의 패턴을 포함시켜 노광시켜 패턴을 형성하게 하는 편광층을 이용한 마스크 및 그를 이용한 반도체웨이퍼의 노광방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mask used in a photolithography technique for forming a pattern of a semiconductor device. In particular, a mask using a polarizing layer including at least two patterns in one mask using a polarizing layer to expose the mask to form a pattern And an exposure method of a semiconductor wafer using the same.
반도체 장치를 제조함에 있어서 패턴형성을 위한 리소그래피(lithography) 기술은 반도체 디바이스를 제조할 때에 그 구조를 결정하는 프로세스에 사용되며 고집적화에 따라 점점 중요성이 높아지고 있다.In manufacturing semiconductor devices, lithography techniques for pattern formation are used in the process of determining the structure when manufacturing semiconductor devices, and are becoming increasingly important with high integration.
리소그래피 기술은 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 technique for accurately transferring the pattern information of a device onto a wafer. The lithography technique is to expose a pattern coated on a wafer surface as pattern data and to perform a resist process such as development to form a pattern. In the next step, etching or ion implantation is performed using the resist pattern as a mask.
현재 반도체 집적회로 제조의 양산 레벨에 있어서의 리소그래피 기술은 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.BACKGROUND Lithography techniques at the mass production level of semiconductor integrated circuit fabrication currently use photo masks to transfer pattern information onto wafers. That is, a pattern is produced by using a photomask of an original plate inscribed with pattern information using an electron beam, and using this, a pattern is transferred onto a wafer by an exposure method.
제1도는 상기 설명한 사진식각기술의 예를 사시도를 보인 것으로 패턴을 형성할 기판 웨이퍼(5)에 포토레지스트(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, wherein 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 석영기판(2)과 이 위에 패턴을 갖는 크롬층(1)으로 구성되고 크롬층의 패턴은 이를테면 전자빔 노광장치를 사용하여, 설계된 패턴을 형성한다.The mask 10 used at this time is composed 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 이용하여 석영기판(2) 상의 크롬막(1)을 선택적으로 제거하여 일정한 형태의 패턴을 형성시키므로써 제작되는 마스크(10)를 노광장치에 장착하여 집속된 자외광선을 조사하면 자외광선은 크롬이 남은 영역에서 반사되고 그 외의 영역에서 석영기판을 투과하여 기판 웨이퍼(5)상에 도포된 포토레지스트(4)에 조사되면 포토레지스트는 감광성 물질이 포함되어 있으므로 빛의 조사여부에 따라 폴리머화 여부가 결정되므로 후속되는 현상작업에 의하여 마스크상의 패턴이 포토레지스트에 전사된다.In summary, a person focused by attaching a mask 10, which is manufactured by selectively removing a chromium film 1 on a quartz substrate 2 to form a pattern by using an electron beam or the like, as described above. When the ultraviolet light is irradiated, the ultraviolet light is reflected in the remaining region of chromium, and the other region is transmitted through the quartz substrate and irradiated to the photoresist 4 coated on the substrate wafer 5, so that the photoresist contains a photosensitive material. Whether or not polymerization is determined depends on whether the pattern on the mask is transferred to the photoresist by the subsequent development.
그러나 이와 같은 종래 기술에 따르면 한장의 마스크로 이에 대응하는 한가지의 패턴만을 전사시키기 때문에 다른 패턴에 대해서는 또 다른 마스크를 제작하여 상기 노광작업을 진행하여야 한다. 따라서 패턴이 많을수록 마스크도 증가하여 제조 코스트가 상승한다.However, according to the related art, since only one pattern is transferred with one mask, another exposure mask must be manufactured for another pattern to proceed with the exposure operation. Therefore, the more the pattern, the more the mask increases and the manufacturing cost increases.
이러한 것은 특히 마스크상의 패턴을 수시로 변경할 필요가 있는 ROM소자의 코드화 작업용 마스크나 일부 마스크 작업을 선택적으로 하여 회로를 구성시키는 반도체 장치에 있어서는 패턴의 일부분만 수정하여도 되는 경우에서도 예외없이 다른 마스크를 제작하여 사용해야 하는 것이다.This is especially true for masks for coding ROM devices that require frequent changes to patterns on masks or for semiconductor devices that selectively configure some mask operations, even when only a part of the pattern may be modified. Should be used.
본 발명은 이러한 문제의 해결과 코스트 절감을 위해서 적어도 2개의 제1패턴과 제2패턴의 전사를 단지 하나의 마스크만으로도 노광작업을 행할 수 있는 편광층을 이용한 마스크 및 그를 이용한 반도체웨이퍼의 노광방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a mask using a polarizing layer and a semiconductor wafer exposure method using the polarizing layer that can perform the exposure operation of at least two first pattern and the second pattern with only one mask for solving the problem and cost reduction. It aims to provide.
본 발명의 목적에 따른 편광층을 이용한 마스크는 회전 가능한 편광판이 설치된 노광장치를 이용하는 편광마스크에 있어서, 투명기판과, 상기 투명기판 상에 형성된 제1편광 방향의 광과 제2편광 방향의 광을 각각 투과하는 제1 및 제2패턴과, 상기 제2패턴과 중첩되지 않는 상기 제1패턴의 영역에 형성된 제1편광층과, 상기 제1패턴과 중첩되지 않는 상기 제2패턴의 영역에 형성된 제2편광층을 포함한다.A mask using a polarizing layer according to an object of the present invention is a polarizing mask using an exposure apparatus provided with a rotatable polarizing plate, a transparent substrate, light in the first polarization direction and light in the second polarization direction formed on the transparent substrate. A first polarization layer formed in a region of the first pattern and a second pattern passing through the first pattern, a region of the first pattern not overlapping the second pattern, and a region formed in a region of the second pattern not overlapping the first pattern 2 polarizing layers.
특히 본 발명에 의해서 상기 제1편광 방향과 상기 제2편광 방향이 서로 직각관계에 있는 마스크가 또한 제공된다.In particular, the present invention also provides a mask in which the first polarization direction and the second polarization direction are perpendicular to each other.
또한, 본 발명의 목적에 따른 반도체웨이퍼의 노광방법은 편광판이 설치되고 제1편광 방향의 광을 투과하는 제1패턴과, 제2편광 방향의 광을 투과하는 제2패턴과, 상기 제2패턴과 중첩되지 않는 상기 제1패턴의 영역에 형성된 제1편광층과, 상기 제1패턴과 중첩되지 않는 상기 제2패턴의 영역에 형성된 제2편광층을 가지는 마스크가 설치된 노광장치를 사용하여 반도체웨이퍼 상에 상기 제1 및 제2패턴을 전사시키는 반도체웨이퍼의 노광방법에 있어서, 상기 편광판을 제1편광 방향으로 위치시키는 공정과, 상기 마스크를 이용하여 상기 제1패턴을 제1웨이퍼에 전사시키는 공정과, 상기 편광판을 제2편광 방향으로 위치시키는 공정과, 상기 마스크를 이용하여 상기 제2패턴을 제2웨이퍼에 전사시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the exposure method of the semiconductor wafer according to the object of the present invention is a polarizing plate is provided, the first pattern for transmitting the light in the first polarization direction, the second pattern for transmitting the light in the second polarization direction, and the second pattern A semiconductor wafer using an exposure apparatus provided with a mask having a first polarization layer formed in an area of the first pattern that is not overlapped with a second pattern and a second polarization layer formed in an area of the second pattern not overlapping with the first pattern A method of exposing a semiconductor wafer for transferring the first and second patterns onto a substrate, the method comprising: positioning the polarizing plate in a first polarization direction and transferring the first pattern to the first wafer using the mask; And positioning the polarizing plate in a second polarization direction, and transferring the second pattern to the second wafer using the mask.
다음에 본 발명에 대한 보다 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명에 따른 하나의 마스크를 사용하여 제1패턴을 전사시키는 것을 나타내고, 제3도는 상기 본 발명의 마스크를 사용하여 제2패턴을 전사시키는 것을 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view showing the transfer of the first pattern using a mask according to the present invention, Figure 3 is a perspective view showing the transfer of a second pattern using the mask of the present invention.
투명기판으로서 사용된 석영기판(2) 위에 전자빔으로 패턴을 넣는 패턴형성층으로서의 크롬층(1)상의 패턴에 있어서 본 예에서 제1패턴(13)은 제2a도에 도시된 바와 같고, 제2패턴(14)은 제3a도에 도시된 바와 같다.In the pattern on the chromium layer 1 as a pattern forming layer in which a pattern is inserted into an electron beam on a quartz substrate 2 used as a transparent substrate, in this example, the first pattern 13 is as shown in FIG. 2A, and the second pattern. 14 is as shown in FIG. 3A.
본 발명에서 적어도 2개의 패턴은 하나의 크롬층(1)상에 동시에 형성되는데, 먼저 전사시킬 제1패턴(13)과 제2패턴(14)을 동일 평면상에 정렬시켜 두면 영역이 서로 겹치는 영역 또는 공유하는 영역과 서로 겹치지 않는 영역 또는 중첩되지 않는 영역으로 나타난다. 그러면 전자빔 등으로 크롬층(1)에 패턴을 넣을때는 상기 공유하는 영역과 서로 중첩되지 않는 영역 모두를 포함하도록 패턴을 넣는다. 왜냐하면 각각의 패턴의 전사중에 전사되지 말아야 하는 영역은 빛이 통과하지 않도록 하여 전사하므로 패턴정보는 모두 갖도록 하는 것이다.In the present invention, at least two patterns are simultaneously formed on one chromium layer 1. If the first pattern 13 and the second pattern 14 to be transferred are aligned on the same plane, the regions overlap with each other. Or, it may appear as an area that does not overlap or do not overlap with the shared area. Then, when the pattern is inserted into the chromium layer 1 by an electron beam or the like, the pattern is inserted to include both the shared region and the regions that do not overlap each other. Because the area that should not be transferred during the transfer of each pattern is transferred so that light does not pass, the pattern information is included.
이와 같이 크롬층(1)에 패턴을 형성한 후에 도면에서 보듯이 크롬층(1)의 서로 중첩되지 않는 영역은 편광영역(7)이 되도록, 정한 방향의 편광편을 설치하여 둔다. 편광판은 조건에 따라서 빛을 통과 또는 차단시키므로 이와 같이 편광영역(7)을 설치하는 것이다.Thus, after forming a pattern in the chromium layer 1, as shown in a figure, the polarizing piece of the predetermined direction is provided so that the area | region which does not overlap with each other of the chromium layer 1 may be a polarization area | region 7. Since the polarizing plate passes or blocks light depending on conditions, the polarizing area 7 is provided in this way.
상기한 바와 같이 패턴형성층이 준비되면 포토레지스트층(4)이 코팅된 반도체 기판(5)상에 상기 제작한 패턴형성층 및 회전가능하게 설치된 편광판(8)으로 구성된 마스크(11)를 정렬시켜 두고 편광판 입사 자외광선(6)을 조사시킨다.When the pattern forming layer is prepared as described above, the polarizing plate is arranged on the semiconductor substrate 5 coated with the photoresist layer 4 by arranging the mask 11 including the prepared pattern forming layer and the rotatable polarizing plate 8. The incident ultraviolet ray 6 is irradiated.
제1패턴(13)을 전사시키기 위해서 도면에서 보듯이 크롬층(1)의 편광처리영역 또는 편광영역(7)의 편광편이 놓인 정한바 제1방향과 이 위의 제1방향과는 90°방향으로 위치한 편광판(8)의 제2방향에 의해서 조사되는 빛은 편광영역(7)에서 웨이퍼(5)쪽으로 투과하지 못하여 웨이퍼(5)는 도면과 같이 제1패턴(13)이 전사된다.In order to transfer the first pattern 13, as shown in the drawing, a polarization region of the chromium layer 1 or a polarization piece of the polarization region 7 is disposed, the first direction and a 90 ° direction from the first direction thereon. The light irradiated by the second direction of the polarizing plate 8 positioned in the direction does not pass through the polarization region 7 toward the wafer 5 so that the first pattern 13 is transferred to the wafer 5 as shown in the drawing.
제2b도는 상기 광이 2개의 편광층을 통과하는 기구를 도식적으로 나타낸 것이다. 광원으로부터의 빛(6)은 첫번째 편광판(8)을 통과하나 방향이 다르게 위치한 또 다른 편광판(7)을 통과하지 않게 되어 요구되는 제1패턴(13)이 웨이퍼(5) 전사될 수 있다.2b schematically shows the mechanism by which the light passes through two polarizing layers. The light 6 from the light source passes through the first polarizer 8 but does not pass through another polarizer 7 positioned differently so that the required first pattern 13 can be transferred to the wafer 5.
이와 같이 제1패턴(13)을 전사한 후에 동일 마스크를 사용하여 제2패턴(14)을 웨이퍼(5)에 전사시키기 위해서는 제3도와 같이 편광판(8)을 90°회전시켜 그 편광 방향을 크롬층(1)에 있는 편광영역의 편광 방향과 일치시키고 광을 조사한다. 그러면 빛은 제3b도와 같이 첫번째 편광판(8)과 또다른 편광판(7)을 계속 진행하여 레지스트층(4)에 조사되므로 제2패턴(14)이 제3a도와 같이 형성될 수 있는 것이다.After the first pattern 13 is transferred as described above, in order to transfer the second pattern 14 to the wafer 5 using the same mask, the polarizing plate 8 is rotated 90 degrees as shown in FIG. The light is irradiated in accordance with the polarization direction of the polarization region in the layer (1). Then, since the light is continuously irradiated to the resist layer 4 by the first polarizing plate 8 and the other polarizing plate 7 as shown in FIG. 3b, the second pattern 14 may be formed as shown in FIG. 3a.
본 발명의 마스크에서는 편광층(8)이 90°각도로 회전하여 제1 또는 제2패턴(14)을 전사시키므로 크롬층(1)의 편광편의 방향은 제작시 모두 일정방향으로 놓이도록 하는 것이 중요하다.In the mask of the present invention, since the polarizing layer 8 is rotated at an angle of 90 ° to transfer the first or second pattern 14, it is important that the directions of the polarizing pieces of the chromium layer 1 are placed in a certain direction during manufacturing. Do.
상기 설명한 바와 같이 본 발명의 마스크는 단지 한장만으로도 2개의 패턴을 웨이퍼에 형성할 수 있게 하므로 노광시 작업이 보다 편리해지며 또한 코스트가 절감되는 효과가 제공된다.As described above, the mask of the present invention allows two patterns to be formed on the wafer with only one sheet, thereby making the operation more convenient and reducing the cost during exposure.
본 발명의 원리에 따라서 또 다른 실시예가 제4도에 제시되고 있다.Another embodiment is presented in FIG. 4 in accordance with the principles of the invention.
제4도에 제시된 바는 석영기판(2) 위의 크롬층 대신에 편광판(17)으로 한 것을 나타낸 것으로서 제1편광패턴영역(15)은 제2실시예에 따른 제1패턴을 제2편광패턴영역(16)은 제2패턴을 구성하는 것이다.As shown in FIG. 4, the polarizing plate 17 is used instead of the chromium layer on the quartz substrate 2. The first polarization pattern region 15 uses the first pattern according to the second embodiment as the second polarization pattern. The area 16 constitutes a second pattern.
본 실시예 따르면 그 적용예는 전사될 패턴이 서로 역상관계에 있을때 유용한 것이다.According to this embodiment, the application is useful when the patterns to be transferred are in inverse relationship with each other.
제1실시예와 마찬가지로 노광시에는 편광판을 제1패턴과 동일한 방향의 위치에서 노광을 실시하고 이어서 편광판을 90°회전시켜 제2패턴을 전사시키는 것이다.In the same manner as in the first embodiment, at the time of exposure, the polarizing plate is exposed at the same direction as the first pattern, and then the polarizing plate is rotated 90 degrees to transfer the second pattern.
본 발명에 따르면 마스크에 형성하고자 하는 패턴상에 일부분의 취사선택되는 영역을 두거나, 유사한 패턴의 마스크를 적어도 두장 이상 제작할 필요가 있는 경우 사전에 마스크상에 편광처리를 하여 단일한 마스크로 두가지의 패턴 전사가 가능하다.According to the present invention, if it is necessary to place a part of the region to be selected on the pattern to be formed on the mask, or if at least two or more masks having a similar pattern need to be manufactured, the two patterns as a single mask by polarizing the mask in advance Warriors are possible.
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