디스플레이용 G,H,I선 복합파장 노광기에서 위상 변위 마스크 및 사입사 조명계를 적용한 해상력 향상 방안에 대한 연구

Abstract

스마트폰 시장의 급격한 성장으로 인해 2012년 년간 모바일 제품의 판매액이 처음으로 텔레비전 제품의 판매액을 넘어섰다. 이러한 스마트폰에 사용되는 제품의 해상도는 점점 높아져 2013년 하반기 출시된 모델들은 4~5인치의 사이즈에 full HD 급의 제품이 시장에 나오고 있다. 모바일 제품의 해상도 증가에 발맞춰 노광 장비의 해상력 향상이 요구되고 있다. 그러나, 기존의 디스플레이용 노광 장비의 경우 해상도보다 대면적 기판의 빠른 처리를 위해 노광 스피드를 높이는 방향으로 개발되어 왔다. 이에 막대한 투자가 요구되는 장비의 신규 개발이나 구매 없이 기존 노광 장비를 가지고 해상도를 높이기 위한 방법에 대한 연구의 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 장비의 신규투자 없이 해상도를 높이기 위한 방법으로 반도체 포토리소그라피 공정에서 쓰이고 있는 위상 변위 마스크를 도입하여, G, H, I선의 복합파장을 사용하는 디스플레이용 노광 장비에 맞는 최적의 파라미터를 산출하고, 이를 이용한 시뮬레이션을 통해 그 효과를 확인하였다. 시뮬레이션에는 KLA_Tencor사의 시뮬레이터 “Prolith” 를 사용하였다. 위상 변위 마스크는 감쇄형 위상 변위 마스크 (attenuated PSM : att_PSM) 와 림형 위상 변위 마스크 (rim PSM), 두 가지 종류의 위상 변위 마스크 에 대해 평가하였다. Att_PSM의 경우 line & space 패턴에 대해 G, H, I선 중 중심 파장인 H선의 위상차를 180도 (out of phase) 로 하고 위상 변위층의 투과율을 11 % 로 했을 때 가장 좋은 성능을 보였으며, rim PSM 은 위상 변위층의 투과율을 39 % 로 하고 rim width 를 0.5 ㎛ 로 하였을 경우 가장 높은 image contrast를 보였다. 산출된 최적의 파라미터를 적용하여 시뮬레이션 진행 결과 2.0~2.5 ㎛ half pitch (hp) 구간에서 binary mask (BIM) 대비 att_PSM 과 rim PSM 이 image contrast, Normalized Image Log Slope (NILS), Depth Of Focus (DOF) 각각 9~22 %, 14~22 %, 11~29 % 향상되었다. 사입사 조명계로는 circular 조명을 기준으로 annular 조명, quadrupole 조명, quasar 조명에 대해 sigma 조건을 변경하며 평가하였다. 광 손실이 가장 적을 것으로 예상되는 annular_0.8/0.4 (outer sigma/inner sigma) 조명은 2.0~2.5 ㎛ hp 구간에서 circular 조명대비 image contrast 와 NILS가 각각 1~3 %, -3~5 % 로 미미한 증가 효과를 보였다. 반면quasar_0.8/0.4_60 (outer sigma/inner sigma_blade angle) 조명은 image contrast와 NILS가 각각 10~15 %, 6~14 % 향상된 결과를 보였다. Image contrast 와 NILS 의 향상 정도는 PSM 적용에 의한 효과보다 낮았으나, DOF 는 annular 조명이 37~49 %, quasar 조명은 52~64 % 향상되어 사입사 조명 적용에 의한 뚜렷한 DOF 향상 효과를 보였다. 마지막으로 위상 변위 마스크와 사입사 조명계를 혼합 적용하여 시뮬레이션 하였다. 2.0~2.5㎛ hp 구간에서 att_PSM 에 quasar 조명을 적용한 조건에서는 circular 조명에 BIM 조건 대비 image contrast, NILS, DOF 각각 18~34 %, 13~34 %, 73~77 %, rim PSM 에 quasar 적용 시엔 20~33 %, 15~33 %, 73~76 % 향상된 결과를 보였다. 이는 image contrast 기준 0.7 ㎛, NILS 기준 0.5 ㎛, DOF 기준 0.8 ㎛ 가량의 해상도 향상 효과를 의미한다. 정리하면 G, H, I 선 복합파장을 사용하는 디스플레이용 노광 장비에서도 위상 변위 마스크를 최적화시켜 적용하면 보다 미세한 패턴을 구현할 수 있으며, 여기에 사입사 조명을 함께 적용하면 image contrast, NILS, DOF 가 보다 더 개선되어 공정 마진을 유지하며, 더 작은 패턴의 구현이 가능하다는 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였다. |Annual sales of mobile products have surpassed that of TV product for the first time in 2012 due to a steep growth of smart-phone sales. A resolution enhancement of exposure tool is required to keep up with enhanced resolution of smart-phones. Increasing the exposure speed has been the main driving force for larger-sized glass in display exposure tools rather than resolution enhancement technology. Thus, demands for achieving higher resolution with existing exposure equipment have been increased recently. In this study, in order to achieve higher resolution, optimum parameters of phase shift mask (PSM) for a display backplane exposure using G, H and I broadband wave is introduced. The effect of PSM on the resolution enhancement has been investigated with a lithography simulation tool : "Prolith" of KLA-Tencor. Two types of PSMs have been evaluated: an attenuated PSM and a rim type PSM. In case of attenuated PSM, the simulation result showed preferable performance when the phase difference of H-line (among G, H, I line) was about 180 degree and its transmittance was around 11 %. As for rim type PSM, the highest image contrast was obtained when the transmittance was about 39 % with 0.5 ㎛ rim width for line and space pattern. Simulation results with the calculated optimum parameters of PSM showed image contrast, NILS, DOF of 9~22 %, 14~22 %, 11~29 % improvement, respectively, compared to those of conventional binary mask for 2.0~2.5 ㎛ half pitch (hp) patterns. For off-axis illumination (OAI), illumination conditions of annular, quadrupole, and quasar have been compared with circular illumination. Annular 0.8/0.4 (outer sigma/inner sigma) illumination results in the improvement of 1~3 %, -3~5 % for image contrast and NILS, respectively, for 2.0~2.5 ㎛ hp compared to those of circular illumination. On the other hand, quasar 0.8/0.4_60 (outer sigma/inner sigma_blade angle) illumination showed 10~15 % and 6~14 % increase in image contrast and NILS. Effects of improvement in contrast and NILS were weaker by applying OAI than by applying PSM, but annular 0.8/0.4 illumination and quasar 0.8/0.4_60 illumination showed 37~49 % and 52~64 % improvement in depth of focus (DOF). Finally, the effect of applying PSM and OAI at the same time was evaluated. An attenuated PSM with quasar 0.8/0.4_60 illumination showed improved image contrast, NILS, DOF about 18~34 %, 13~34 %, 73~77 %, respectively, compared with BIM with circular illumination, while rim PSM with quasar 0.8/0.4_60 illumination improved 20~33 %, 15~33 %, 73~76 % at 2.0~2.5 ㎛ hp sections. This means resolution enhancement is achieved by 0.7 ㎛ for image contrast standard, 0.5 ㎛ for NILS standard, 0.8 ㎛ for DOF standard. To summarize, resolution enhancement can be achieved by applying optimized PSM with exposure equipment for display that uses G, H, I line broadband wave. Even further improvement can be obtained in NILS and DOF when both PSM and OAI are applied at the same time.; Annual sales of mobile products have surpassed that of TV product for the first time in 2012 due to a steep growth of smart-phone sales. A resolution enhancement of exposure tool is required to keep up with enhanced resolution of smart-phones. Increasing the exposure speed has been the main driving force for larger-sized glass in display exposure tools rather than resolution enhancement technology. Thus, demands for achieving higher resolution with existing exposure equipment have been increased recently. In this study, in order to achieve higher resolution, optimum parameters of phase shift mask (PSM) for a display backplane exposure using G, H and I broadband wave is introduced. The effect of PSM on the resolution enhancement has been investigated with a lithography simulation tool : "Prolith" of KLA-Tencor. Two types of PSMs have been evaluated: an attenuated PSM and a rim type PSM. In case of attenuated PSM, the simulation result showed preferable performance when the phase difference of H-line (among G, H, I line) was about 180 degree and its transmittance was around 11 %. As for rim type PSM, the highest image contrast was obtained when the transmittance was about 39 % with 0.5 ㎛ rim width for line and space pattern. Simulation results with the calculated optimum parameters of PSM showed image contrast, NILS, DOF of 9~22 %, 14~22 %, 11~29 % improvement, respectively, compared to those of conventional binary mask for 2.0~2.5 ㎛ half pitch (hp) patterns. For off-axis illumination (OAI), illumination conditions of annular, quadrupole, and quasar have been compared with circular illumination. Annular 0.8/0.4 (outer sigma/inner sigma) illumination results in the improvement of 1~3 %, -3~5 % for image contrast and NILS, respectively, for 2.0~2.5 ㎛ hp compared to those of circular illumination. On the other hand, quasar 0.8/0.4_60 (outer sigma/inner sigma_blade angle) illumination showed 10~15 % and 6~14 % increase in image contrast and NILS. Effects of improvement in contrast and NILS were weaker by applying OAI than by applying PSM, but annular 0.8/0.4 illumination and quasar 0.8/0.4_60 illumination showed 37~49 % and 52~64 % improvement in depth of focus (DOF). Finally, the effect of applying PSM and OAI at the same time was evaluated. An attenuated PSM with quasar 0.8/0.4_60 illumination showed improved image contrast, NILS, DOF about 18~34 %, 13~34 %, 73~77 %, respectively, compared with BIM with circular illumination, while rim PSM with quasar 0.8/0.4_60 illumination improved 20~33 %, 15~33 %, 73~76 % at 2.0~2.5 ㎛ hp sections. This means resolution enhancement is achieved by 0.7 ㎛ for image contrast standard, 0.5 ㎛ for NILS standard, 0.8 ㎛ for DOF standard. To summarize, resolution enhancement can be achieved by applying optimized PSM with exposure equipment for display that uses G, H, I line broadband wave. Even further improvement can be obtained in NILS and DOF when both PSM and OAI are applied at the same time.